Studien zu helicalen Polyisocyanaten als phenolische Liganden in...

Studien zu helicalen Polyisocyanaten als phenolische Liganden in der asymmetrischen

Übergangsmetallkatalyse

Vom Fachbereich Chemie der Technischen Universität Darmstadt

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.)

genehmigte

Dissertation

vorgelegt von

Dipl. Chem. Sebastian Dörr

aus Karlsruhe

Berichterstatter: Prof. Reggelin

Mitberichterstatter: Prof. Rehahn

Tag der Einreichung: 16.10.2003

Tag der mündlichen Prüfung: 08.12.2003

Darmstadt 2003

D17

Schreibe einen klugen Satz und dein Name wird ewig leben.

(Anonym)

Die vorliegende Arbeit wurde unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. M. Reggelin am

Fachbereich Chemie und Pharmazie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Januar

1999 - Oktober 2000) und dem Fachbereich Chemie der Technischen Universität Darm-

stadt (seit November 2000) angefertigt.

Danksagung

Ich danke Herrn Professor Dr. Michael Reggelin für die Überlassung des sehr interes-

santen und facettenreichen Themas. Besonders danke ich ihm für die Unterstützung und

die angenehme Form der Betreuung. Er gewährte Freiheit zu eigenständiger Arbeit und

nahm sich bei Bedarf immer Zeit für Diskussionen.

Bei den Mitgliedern der Arbeitsgruppe bedanke ich mich für die freundschaftliche

Zusammenarbeit in einer anregenden Atmosphäre. Insbesondere meinem Laborkollegen

Martin Klußmann gilt mein Dank für viele interessante Unterhaltungen, das gemein-

schaftliche Laborklima und die gewährte Teilhabe an ungewöhnlicher Musik.

Den Service- und Analytik-Abteilungen und den Werkstätten in Mainz und Darmstadt

danke ich für ihre Unterstützung, auch bei manchen nicht alltäglichen Aufträgen.

Viele Studenten haben in Fortgeschrittenen- und Vertiefungspraktika für diese Arbeit

Präparate hergestellt, auch ihnen gilt mein Dank.

Für die finanzielle Unterstützung meiner Arbeit in Form eines Kekulé-Stipendiums

möchte ich mich beim Fonds der chemischen Industrie bedanken.

Meiner Familie, besonders meinen Eltern Margit und Henning, und meinen Freunden

danke ich für die fortwährende Unterstützung und auch für die gelegentliche Ablenkung

von der Chemie.

Bei Simone möchte ich mich bedanken für ihre Geduld, die engagierte Hilfe bei dieser

Arbeit und für alles andere.

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1

1.1 Bedeutung chiraler Wirkstoffe 1

1.2 Synthese homochiraler Verbindungen 3

1.3 Asymmetrische Katalysatoren mit helicalen Strukturelementen 6

1.4 Zielsetzung 8

2 STAND DER FORSCHUNG 9

2.1 Synthetische Polymere mit helicaler Überstruktur 9

2.2 Polyisocyanate – Stand der Forschung 12

2.2.1 Isocyanat-Synthesen 13

2.2.2 Polymerisation von Isocyanaten 15

2.2.3 Struktur der Polyisocyanate 18

2.2.4 Helicale Polyisocyanate 19

2.3 Phenolische Liganden in der Übergangsmetallkatalyse 28

2.3.1 Synthese von BINOL 29

2.3.2 Asymmetrische Katalysen mit BINOL als Liganden 30

2.3.3 Derivate von BINOL 31

2.3.4 Polymere BINOL-Derivate 32

3 POLYALKYLISOCYANATE 35

3.1 Vorversuche zur Polymerisation von Isocyanaten mit NaCN als Initiator 35

3.2 Synthese und Polymerisation von Alkylisocyanaten 38

i

3.3 Einsatz der Polyalkylisocyanate in Katalysetests 43

3.4 Schlussfolgerungen 48

4 POLYARYLISOCYANATE 51

4.1 Molecular Modelling von Oligo(phenylisocyanaten) 51

4.2 Synthese und Polymerisation von Arylisocyanaten 53

4.2.1 Vorversuche zur Polymerisation von Isocyanaten

mit Lithium-Piperidid als Initiator 53

4.2.2 Darstellung von poly-(3HOPIC) p86 56

4.2.3 Darstellung von Copolymeren aus 3MOMOPIC 100

mit chiralen Isocyanat-Sergeants 67

4.3 Einsatz der Polyarylisocyanate in Katalysetests 82

5 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 93

6 EXPERIMENTELLER TEIL 98

6.1 Allgemeine Arbeitsbedingungen und Analysengeräte 98

6.2 Darstellung von Ausgangsverbindungen 103

6.2.1 Darstellung von Azidotrimethylsilan (TMS-N3) 103

6.2.2 Darstellung von Chlormethylmethylether (MOM-Cl) 97 104

6.2.3 Darstellung von Titandichloriddiisopropylat (TiCl2(OiPr)2) 105

6.2.4 Darstellung von N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 105

6.3 (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat ((R)-DMHIC) 15 105

6.3.1 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-oct-6-ensäure 74 105

6.3.2 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-octansäure 107

6.3.3 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-octansäurechlorid 75 108

6.3.4 Darstellung von (R)-3,7-Dimethylheptylisocyanat ((R)-DMHIC) 15 109

ii

6.4 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat) (3TMSOPEIC) 81 110

6.4.1 Darstellung von 3-(3-Hydroxy-phenyl)-propionsäure 79 110

6.4.2 Darstellung von 3-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-propionsäure-

trimethylsilylester 80 111

6.4.3 Darstellung von 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat

(3TMSOPEIC) 81 112

6.5 Polymerisation mit Natriumcyanid als Initiator 113

6.5.1 AAV 1: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur anionischen

Polymerisation mit Natriumcyanid als Initiator 113

6.5.2 Copolymerisation von HexIC 37 und (R)-DMHIC 15 114

6.5.3 Polymerisation von (R)-DMHIC 15 116

6.5.4 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 und (R)-DMHIC 15 118

6.5.5 Copolymerisationsversuch von BnIC 76 und (R)-DMHIC 15 118

6.5.6 Polymerisation von 3TMSOPEIC 81 119

6.5.7 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15 120

6.5.8 AAV 2: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Abspaltung säurelabiler

Schutzgruppen mit TFA/H2O 122

6.5.9 Abspaltung der TMS-Schutzgruppe von poly-(3TMSOPEIC-co-

(R)-DMHIC) p(81-co-15) zu poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC)

p(77-co-15) 123

6.5.10 Komplexierung von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC)

p(81-co-15) mit TiCl4 124

6.6 Katalysetests mit Titankomplexen der Polyalkylisocyanate 125

6.6.1 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und

Methacrolein 64[147] 125

6.6.2 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien

63 und Methacrolein 64[122] 126

6.6.3 Katalyse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66 127

6.7 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40 129

6.7.1 Darstellung von 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40 129

iii

6.8 3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat (3TMSOPIC) 90 129

6.8.1 Darstellung von 3-Trimethylsilyloxy-phenylamin 89 129

6.8.2 Darstellung von 3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat (3TMSOPIC)

90 130

6.9 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (3BnOPIC) 93 131

6.9.1 Darstellung von 3-Benzyloxy-benzoesäure 92 131

6.9.2 Darstellung von 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (3BnOPIC) 93 131

6.10 3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat (3MOMOPIC) 100 132

6.10.1 Darstellung von 1-Methoxymethyl-3-nitro-phenol 132

6.10.2 Darstellung von 1-Methoxymethyl-3-amino-phenol 99 133

6.10.3 Darstellung von 3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat

(3MOMOPIC) 100 134

6.11 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat ((S)-3PEAPIC) 48 136

6.11.1 Darstellung von 3-Benzoxycarbonyl-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-

benzamid 136

6.11.2 Darstellung von N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-isophthalsäure 105 137

6.11.3 Darstellung von 3-Nitro-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid 107 138

6.11.4 Darstellung von 3-Amino-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid 108 139

6.11.5 Darstellung von 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat

((S)-3PEAPIC) 48 141

6.12 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat ((R)-3BOPIC) 49 143

6.12.1 Darstellung von (S)-Toluol-4-sulfonsäure-sec-butylester 109 143

6.12.2 Darstellung von (R)-1-sec-Butoxy-3-nitro-benzol 110 144

6.12.3 Darstellung von (R)-3-sec-Butoxy-phenylamin 111 145

6.12.4 Darstellung von 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat ((R)-

3BOPIC) 49 147

6.13 Polymerisation mit Lithiumpiperidid als Initiator 148

6.13.1 AAV 3: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur anionischen

Polymerisation mit Lithiumpiperidid als Initiator 148

6.13.2 Polymerisation von (R)-DMHIC 15 150

iv

6.13.3 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 und (R)-DMHIC 15 151

6.13.4 Polymerisation von 3MeOPIC 40 152

6.13.5 Abspaltungsversuch der Methyl-Schutzgruppe von poly-

(3MeOPIC) p40 154

6.13.6 Polymerisationsversuch von 3TMSOPIC 90 154

6.13.7 Polymerisationsversuch von 3TMSOPIC 90

mit Natriumcyanid als Initiator 156

6.13.8 Polymerisationsversuch von 3BnOPIC 93 156

6.13.9 Polymerisation von 3BnOPIC 93 mit Natriumcyanid als Initiator 157

6.13.10 Versuch der Abspaltung der Benzyl-Schutzgruppe von

poly-(3BnOPIC) p93 158

6.13.11 Polymerisation von 3MOMOPIC 100 159

6.13.12 Basischer Abbau von poly-(3MOMOPIC) p100 zum Trimeren 161

6.13.13 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC) p100

zu poly-(3HOPIC) p86 162

6.13.14 Copolymerisationsversuch von 3MOMOPIC 100 und

(R)-DMHIC 15 164

6.13.15 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (S)-3PEAPIC 48 165

6.13.16 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(S)-

3PEAPIC) p(100-co-48) zu poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC)

p(86-co-48) 167

6.13.17 Polymerisation von (R)-3BOPIC 49 169

6.13.18 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (R)-3BOPIC 49 170

6.13.19 Basischer Abbau von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

p(100-co-49) zu Trimeren 175

6.13.20 Ermittlung der Basen-Stabilität der Polyarylisocyanate 177

6.13.21 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-

3BOPIC) p(100-co-49) zu poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC)

p(86-co-49) 178

6.13.22 Versuche zur chiralen Induktion in Polyarylisocyanate 182

6.14 Komplexierungsversuche mit Polyarylisocyanaten 186

v

6.14.1 Komplexierung von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit Ti(OiPr)4 186

6.14.2 Komplexierung von poly-(3MOMOPIC) p100 mit TiCl4·2THF 187

6.14.3 Komplexierung von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

p(100-co-49) mit TiCl4·2THF 187

6.15 Katalysetests mit Titankomplexen der Polyarylisocyanate 189

6.15.1 Katalyse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66 189


Methacrolein 64 191

6.15.3 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien

63 und Methacrolein 64 192


Dimethylfumarat 113 192

6.15.5 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und N-

Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 194

7 LITERATUR UND ANMERKUNGEN 199

8 ANHANG 205

8.1 Liste der Isocyanat-Bausteine 205

vi

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1.1 SciFinder-Recherche nach chiralen Wirkstoffen (Suchbegriffe: drug

AND enantio OR diastereo OR chiral OR optically active)............................ 1 Abbildung 1.2 Limonen und Thalidomid als Beispiele für die unterschiedlichen

physiologischen Eigenschaften von Enantiomeren....................................... 2 Abbildung 1.3 Katalysator-Zentren ([Kat]), angebunden an ein Polymer mit

unregelmäßiger Überstruktur......................................................................... 5 Abbildung 1.4 Schematische Darstellung eines Komplexes aus einem helicalen

Polymer mit Übergangsmetallzentren. .......................................................... 7 Abbildung 2.1 Beispiele helicaler Polymere mit hoher Helix-Inversionsbarriere. ............... 10 Abbildung 2.2 Beispiele helicaler Polymere mit niedriger Helix-Inversionsbarriere. ......... 10 Abbildung 2.3 Donor-substituierte helicale Polymethacrylate.[44, 45] ................................... 11 Abbildung 2.4 Schematischer Ausschnitt eines Polyisocyanates. ..................................... 12 Abbildung 2.5 Beispiele polymerisierbarer Isocyanate....................................................... 16 Abbildung 2.6 Blick entlang der Helix-Achse von Poly-n-butylisocyanat.[76]

Die Helixparameter sind eingezeichnet.[75] .................................................. 18 Abbildung 2.7 Beispiele chiraler Isocyanat-Monomere. ..................................................... 20 Abbildung 2.8 Strukturformeln und spezifische Drehwerte von Poly-(R)-1-deuterio-n-

hexylisocyanat p50 und Poly-(R)-2-deuterio-n-hexylisocyanat p51. .......... 21 Abbildung 2.9 Spezifische Drehwerte der Copolymere aus 3MeOPIC 40

und (S)-3PEAPIC 48.[70] .............................................................................. 23 Abbildung 2.10 Copolymer aus beiden Enantiomeren des

2,6-Dimethylheptylisocyanates 15............................................................... 24 Abbildung 2.11 CD-Spektren eines Homopolymers von 2,6-(R)-Dimethylheptyl-

isocyanat 15, eines R/S-Copolymers mit einem ee von 2.8% des S-

Enantiomers und eines R/S/Achiral-Terpolymers mit nur 1.6% Anteil

an chiralen Bausteinen (mit 2.8% ee) und 98.4% 2-Butylhexyl-

isocyanat 38.[98]............................................................................................ 24 Abbildung 2.12 Struktur von Poly-3-carboxy-phenylisocyanat p54...................................... 27 Abbildung 2.13 Wichtige hydroxyl-funktionalisierte Liganden. ............................................. 28 Abbildung 2.14: Bis[5]helicendiol-Ligand ([5]HELOL) 68.[127] ................................................ 32 Abbildung 2.15 Anknüpfung von BINOL-Derivaten an Polystyrol-Festphasen.[130, 131]......... 32 Abbildung 2.16 Binaphthyldiol-Polyarylene.[116, 132]............................................................... 33 Abbildung 3.1 Schematische Zeichnung denkbarer 3-(Hydroxyphenyl)isocyanat-

bausteine mit 0 (Polyarylisocyanat), 1 (Polybenzylisocyanat) oder

mehr (Polyalkylisocyanat) Methylengruppen als Spacer. ........................... 37

vii

Abbildung 3.2 1H-NMR-Spektrum von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC)

p(81-co-15) (300 MHz, 298 K, CDCl3). ....................................................... 41 Abbildung 3.3 CD-Spektren von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) und

poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15). ............................................. 42 Abbildung 3.4 1H-NMR-Spektrum von poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15)

(300 MHz, 298 K, THF-d8)........................................................................... 43 Abbildung 3.5 Komplexe aus dem polymeren Liganden p(77-co-15)

mit R = Cl oder R = OiPr.............................................................................. 48 Abbildung 3.6 Modelle für die Abschirmung des Titanzentrums durch die flexiblen

Ligand-Seitenketten bei poly-(3HOPEIC) p82. ........................................... 48 Abbildung 3.7 Mögliche Polymere als Ersatz für poly-(3HOPEIC) p77:

p85 oder p86. .............................................................................................. 49 Abbildung 4.1 Schematische Darstellung von poly-(3HOPIC) p86. ................................... 51 Abbildung 4.2 GPC-Elugramme von p15 polymerisiert mit

NaCN bzw. Li-Piperidid als Initiator............................................................. 54 Abbildung 4.3 1NMR-Spektren von 3MOMOPIC 100 und poly-3MOMOPIC p100

(300 MHz, 298 K, CDCl3). ........................................................................... 62 Abbildung 4.4 A 1NMR-Spektrum von poly-(3HOPIC) p86, B 1NMR-Spektrum von

poly-(3HOPIC) p86 nach Zugabe von D2O (300 MHz, 298 K, THF-d8). ..... 63 Abbildung 4.5 Drehwert-Zeit-Diagramm von poly-(3HOPIC) p86 mit 0.4 bzw. 1.0 äq

(bezüglich der Bausteine) (+)-PMP 86 (c = 0.2 in THF, 25°C).................... 65 Abbildung 4.6 Beispiele chiraler 3-substituierter Phenylisocyanate.[70, 89, 90] ...................... 69 Abbildung 4.7 CD-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(100-co-48)

und poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48). ..................................... 73 Abbildung 4.8 Molpeaks aus dem FD-Massenspektrum des Abbauproduktes von

poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49)....................................... 78 Abbildung 4.9 CD-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49)

und poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit einem 49-Anteil

von jeweils 25 mol%. ................................................................................... 80 Abbildung 4.10 Drehwert-Zeit-Diagramm von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-

co-49) mit 0.4 und 1.0 äq (bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP 101

(c = 0.985 in THF)........................................................................................ 81 Abbildung 4.11 Entschützende Komplexierung von poly-(3MOMOPIC) p100

mit TiCl4·2THF ............................................................................................. 84 Abbildung 4.12 A 1NMR-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-

49), B 1NMR-Spektren nach der entschützenden Komplexierung mit

TiCl4·2THF zu p(112-co-49)·TiCl2 (300 MHz, 298 K, CD2Cl2

mit 10% THF-d8). ......................................................................................... 86

viii

Abbildung 5.1 Copolymere aus den Bausteinen 3HOPIC und (S)-3PEAPIC p(86-co-48) bzw. (R)-3BOPIC p(86-co-49). ............................................................. 94

Abbildung 5.2 Vorschläge für Isocyanat-Bausteine, die durch lange Alkylketten

löslichkeitsvermittelnd wirken: 118 und 119. ............................................... 96 Abbildung 5.3 Vorschlag für einen Isocyanat-Baustein mit zwei phenolischen

Hydroxylgruppen ......................................................................................... 96

Verzeichnis der Schemata Schema 1.1 Methanolyse von Methylphenylketen 1, katalysiert durch China-

Alkaloide. ....................................................................................................... 5 Schema 1.2 Enantioselektive Hydrierung von Methylenbernsteinsäure-

dimethylester 7 mit dem helicalen Phosphan 9.[33]........................................ 7 Schema 2.1 Asymmetrische allylische Substitution katalysiert durch einen

Palladiumkomplex des Polymethacrylates p(10-co-17).............................. 11 Schema 2.2 Darstellung von Isocyanaten aus Carbonsäurederivaten. .......................... 13 Schema 2.3 Darstellung von Isocyanaten aus Aminen mit Phosgen 26 bzw. N,N´-

Carbonyl-diimidazol 28. ............................................................................... 14 Schema 2.4 Darstellung von Isocyanaten aus Aminen 25 und hochsiedendem

Isocyanat 31. ............................................................................................... 14 Schema 2.5 Anionische Polymerisation bzw. Trimerisierung eines Isocyanates 20

mit NaCN als Initiator................................................................................... 15 Schema 2.6 Mechanismus der Titan-vermittelten Polymerisation von Isocyanaten. ...... 17 Schema 2.7 Polymerisation von (R)-2-Phenylpropylisocyanat

nach Goodman et al.[85] ............................................................................... 20 Schema 2.8 Trans- und cis-Struktur des azochromophorhaltigen Polyisocyanates

p(37-co-52). ................................................................................................ 25 Schema 2.9 Induktion von Chiralität durch Bestrahlung mit circular polarisiertem

Licht. ............................................................................................................ 26 Schema 2.10 Oligomerisierung von 3-Methoxy-phenylisocyanat 40 mit Lithium-(S)-

2-(Methoxymethyl)pyrrolidin 55. .................................................................. 28 Schema 2.11 Synthese und Racematspaltung von BINOL 58.[120] ................................... 29 Schema 2.12 Enantioselektive Synthese von (S)-BINOL (S)-58.[121] ................................ 30 Schema 2.13 Addition von Methacrolein 63 an E-1-Acetoxy-1,3-butadien 64,

katalysiert durch (R)-BINOL (R)-58.[122] ....................................................... 30 Schema 2.14 Enantioselektive Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66,

katalysiert durch (S)-BINOL (S)-58.[124, 125] .................................................. 31 Schema 3.1 Synthese von (R)-DMHIC 15 entsprechend den Literaturangaben. ........... 36 Schema 3.2 Copolymerisation von HexIC 37 und (R)-DMHIC 15................................... 36

ix

Schema 3.3 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 mit (R)-DMHIC 15. ...................... 37 Schema 3.4 Copolymerisationsversuch von BnIC 76 mit

(R)-DMHIC 15.............................................................................................. 38 Schema 3.5 Plan zu Realisierung eines helicalen poly-phenolischen Liganden

durch poly-(3HOPEIC) p77. ........................................................................ 39 Schema 3.6 Syntheseweg zu 3TMSOPEIC 81. .............................................................. 39 Schema 3.7 Homopolymerisation von 3TMSOPEIC 81. ................................................. 40 Schema 3.8 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15........................ 41 Schema 3.9 Komplexierung von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15)

mit TiCl4. ...................................................................................................... 44 Schema 3.10 Katalysetest mit p(82-co-15)·TiCl2: Reaktion von Cyclopentadien 83

mit Methacrolein 64. .................................................................................... 44 Schema 3.11 Herstellung eines BINOL-TiCl2-Komplexes nach Mikami et al.[122, 148] ........ 45 Schema 3.12 Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und

Methacrolein 64, katalysiert durch p(82-co-15)·TiCl2.................................. 45 Schema 3.13 Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert durch

p(82-co-15)·Ti(OiPr)2. ................................................................................. 46 Schema 4.1 Monte-Carlo-Simulation (MM3*) eines Hexadecameren

von (3HOPIC) 8616. ..................................................................................... 52 Schema 4.2 Monte-Carlo-Simulation (MM3*) von (R)-BINOL (R)-58.............................. 52 Schema 4.3 Polymerisation von (R)-DMHIC 15 mit Lithiumpiperidid als Initiator. .......... 53 Schema 4.4 Copolymerisationsversuch von Phenylisocyanat 39 und (R)-DMHIC

15 mit Li-Piperidid als Initiator. .................................................................... 55 Schema 4.5 Retrosynthese von poly-(3HOPIC) p86....................................................... 56 Schema 4.6 Versuch zur Abspaltung der Methylgruppen von poly-(3MeOPIC) p40...... 57 Schema 4.7 Synthese von 3TMSOPIC 90. ..................................................................... 57 Schema 4.8 Polymerisationsversuche von 3TMSOPIC 90 mit A Li-Piperidid bzw.

B NaCN als Initiator..................................................................................... 57 Schema 4.9 Synthese von 3BnOPIC 93.......................................................................... 58 Schema 4.10 Polymerisationsversuch von 3BnOPIC 93 mit A Li-Piperidid bzw.

B NaCN als Initiator..................................................................................... 59 Schema 4.11 Synthese von Methoxymethylchlorid (MOM-Cl) 97. .................................... 60 Schema 4.12 Syntheseswege zu 3MOMOPIC 100........................................................... 61 Schema 4.13 Polymerisation von 3MOMOPIC 100 mit Li-Piperidid als Initiator ............... 61 Schema 4.14 Abspaltung der Schutzgruppen von poly-(3MOMOPIC) p100 mit

TFA/H2O 9/1 ................................................................................................ 63 Schema 4.15 NMR-Versuche zum basischen Abbau von poly-(3MOMOPIC) p100

in CDCl3. ...................................................................................................... 66

x

Schema 4.16 Copolymerisationsversuch von 3MOMOPIC 100 und (R)-DMHIC 15

mit Li-Piperidid als Initiator. ......................................................................... 68 Schema 4.17 Synthese von (S)-3PEAPIC 48 entsprechend der

Literaturvorschrift.[70] .................................................................................... 70 Schema 4.18 Synthese von (S)-3PEAPIC 48 ausgehend von

3-Nitrobenzoylchlorid 104............................................................................ 70 Schema 4.19 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (S)-3PEAPIC 48 und

Abspaltung der MOM-Schutzgruppen ......................................................... 71 Schema 4.20 Synthese von (R)-3BOPIC 49. .................................................................... 74 Schema 4.21 Polymerisation von (R)-3BOPIC 49............................................................. 75 Schema 4.22 Wahrscheinlicher Mechanismus des Methanolat-induzierten Abbaus

eines Polyisocyanates mit Acetyl-Endcapping............................................ 77 Schema 4.23 Entschützende Komplexierung von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-

3BOPIC) mit TiCl4·2THF.............................................................................. 85 Schema 4.24 Katalysetest mit p(112-co-49)·TiCl2: Reaktion von Cyclopentadien 83

mit Methacrolein 64. .................................................................................... 86 Schema 4.25 Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und

Methacrolein 64, als Testkatalyse für p(112-co-49)·TiCl2........................... 87 Schema 5.1 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15........................ 93 Schema 5.2 Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert durch

p(77-co-15) und Ti(OiPr)4. .......................................................................... 93 Schema 5.3 Darstellung von poly-(3HOPIC) p86 aus 3MOMOPIC 100. ........................ 94 Schema 5.4 Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Dimethylfumarat

113 bzw. N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 katalysiert durch

p(112-co-49)·TiCl2....................................................................................... 95

Verzeichnis der Tabellen Tabelle 2.1: Spezifische Drehwerte der Copolymere aus 2,6-(R)-Dimethylheptyl-

isocyanat 15 und n-Hexylisocyanat 37.[43] ................................................... 22 Tabelle 3.1: Ergebnisse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert

durch den Komplex aus p(77-co-15) und Ti(OiPr)4. ................................... 47 Tabelle 4.1 Polymerisation von 3MeOPIC 40. ............................................................... 55 Tabelle 4.2 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) p100 gegen Basen. ................................ 67 Tabelle 4.3 Analysendaten der Polymere poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC)

p(100-co-48) und poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48)................ 72 Tabelle 4.4 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (R)-3BOPIC 49...................... 76 Tabelle 4.5 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-

3BOPIC) p(100-co-49). ............................................................................... 79

xi

Tabelle 4.6: Ergebnisse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd. ......................... 83 Tabelle 4.7: Ergebnisse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und

Dimethylfumarat 113. .................................................................................. 88 Tabelle 4.8: Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115, katalysiert mit einem Komplex aus

p(100-co-49) und TiCl4·2THF...................................................................... 89 Tabelle 4.9: Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115, katalysiert durch Komplexe aus TiCl2(OiPr)2. ............ 91 Tabelle 6.1 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) (25/75)

nach Zugabe von (+)-PMP. ....................................................................... 183 Tabelle 6.2 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC) nach Zugabe von

0.4 äq (+)-PMP. ......................................................................................... 184 Tabelle 6.3 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC) nach Zugabe von

1.0 äq (+)-PMP. ......................................................................................... 185 Tabelle 6.4: Ergebnisse der Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und

N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115................................................................. 198

xii

Abkürzungen und Akronyme

AAV Allgemeine Arbeitsvorschrift abs. absolut(iert) aliphat. aliphatisch äq Äquivalent(e) aromat. aromatisch ber. berechnet BINOL 1,1´-Binaphthalen-2,2´-diol BINAP 1,1´-Binaphthalen-2,2´-bis(diphenylphosphan) Bn Benzyl BnIC Benzylisocyanat 3BnOPIC 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (R)-3BOPIC 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat tBuLi tert.-Butyllithium CD Circulardichroismus cp Cyclopentadien d Dublett DC Dünnschichtchromatographie DMF N,N-Dimethylformamid (R)-DMHIC (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat DP Polymerisationsgrad (degree of polymerisation) E Diethylether EE Ethylacetat (Essigester) ee Enantiomerenüberschuss EG Endgruppe EI Elektronenstoß-Ionisation ESI Elektrospray-Ionisation FD Feld-Desorption g Gramm gef. gefunden ges. gesättigt GC Gaschromatographie GPC Gelpermeationschromatographie h Stunde(n) H Hexan HexIC n-Hexylisocyanat HMBC Heteronuclear multiple bond correlation 3HOPEIC 2-(3-Hydroxy-phenyl)-ethylisocyanat-Baustein 3HOPIC 3-Hydroxy-phenylisocyanat-Baustein HPLC High performance liquid chromatography HSQC Heteronuclear single-quantum coherence Init Initiator

xiii

IR Infrarotspektroskopie kat. katalytisch konz. konzentriert Lit. Literatur Lsg. Lösung m Multiplett Mn Zahlenmittel der Molmasse Mw Massenmittel der Molmasse MDI 4,4´-Diisocyanato-diphenylmethan [M]/[I] Molverhältnis von Monomer zu Initiator Me Methyl 3MeOPIC 3-Methoxy-phenylisocyanat MeOTf Methyltriflat Min. Minute(n) ml Milliliter MOM Methoxymethyl 3MOMOPIC 3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat MS Massenspektrometrie n.a. nicht angegeben NMR Nuclear magnetic resonance (Kernmagnetische Resonanz) PDI Polydispersitätsindex PE Petrolether (S)-3PEAPIC 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat PG Protection group (Schutzgruppe) PhIC Phenylisocyanat Pip Piperidyl (+)-PMP (S)-(+)-Pyrrolidinomethylpyrrolidin q Quartett quant. quantitativ rac racemisch Rf Retentionsfaktor RT Raumtemperatur s Singulett Smp. Schmelzpunkt Sdp. Siedepunkt TADDOL α,α,α´,α´-Tetraaryl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4,5-dimethanol t Triplett TFA Trifluoressigsäure THF Tetrahydrofuran TMEDA N,N,N´,N´-Tetramethylethylendiamin TMS Tetramethylsilan bzw. Trimethylsilyl- 3TMSOPEIC 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat 3TMSOPIC 3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat Tos para-Tolyl-sulfonyl

xiv

1 Einleitung und Zielsetzung Die asymmetrische Synthese ist ein Gebiet von stark zunehmender Bedeutung. Erkenn-

bar ist dies beispielsweise an der Vergabe des Chemie-Nobelpreises 2001 an Knowles,

Noyori und Sharpless[1] für ihre Arbeiten auf den Gebieten der asymmetrischen Hydrie-

rungen bzw. Oxidationen.

1.1 Bedeutung chiraler Wirkstoffe

Ein wichtiger Grund für das Interesse an asymmetrischen Synthesen ist der zunehmende

Einsatz chiraler, enantiomerenreiner Wirkstoffe in Medikamenten und Pflanzenschutz-

mitteln. Dies wird beispielsweise durch die steigende Anzahl an Literaturzitaten zu

chiralen Wirkstoffen aufgezeigt (Abbildung 1.1).

0

400

800

1200

1600Anzahl PatenteAnzahl Publikationen

Jahr

Anza

hl d

er E

inträ

ge

Abbildung 1.1 SciFinder-Recherche nach chiralen Wirkstoffen (Suchbegriffe: drug AND enantio OR diastereo OR chiral OR optically active).

Das Marktvolumen für chirale, enantiomerenreine Wirkstoffe hat im Jahr 2000 die

100 Mrd. US-$-Grenze überschritten; der Verkaufsanteil dieser Medikamente betrug

bereits 32%.[2, 3]

1

1 Einleitung und Zielsetzung

Laut einer aktuellen Analyse der Unternehmensberatung Frost & Sullivan wird das

Umsatzvolumen im Markt für Chiraltechnologie weltweit von derzeit 7.7 Mrd. US-$

(2003) auf 14.9 Mrd. im Jahr 2009 anwachsen.[4, 5]

Der Bedarf an chiralen Wirkstoffen und damit auch die Bedeutung asymmetrischer

Synthesen hat ihre Ursache in der homochiralen Natur biologischer Systeme. Beide

Enantiomere einer chiralen Substanz sind in fast allen physikalischen und chemischen

Eigenschaften identisch. Die physiologischen Auswirkungen der Enantiomere können

dagegen völlig verschieden sein. Beispielsweise riecht das (S)-konfigurierte Enantiomer

von Limonen nach Zitrone, wohingegen das (R)-konfigurierte Enantiomer nach Orange

riecht (Abbildung 1.2).

NNH

O

O O

O NHN

O

OO

O

riecht nach Zitrone riecht nach Orange

Teratogen Hypnotikum

S

S R

R

Limonen

Thalidomid

Abbildung 1.2 Limonen und Thalidomid als Beispiele für die unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften von Enantiomeren.

Diese unterschiedlichen physiologischen Eigenschaften der Enantiomere können

folgenschwere Konsequenzen nach sich ziehen: der unter dem Handelsnamen Conter-

gan in den 1950er Jahren verkaufte Wirkstoff Thalidomid verursachte bei mehreren

tausend Kindern starke Wachstumsstörungen an den Gliedmaßen (Phocomelie), wenn

das Medikament von Frauen zwischen dem 20. und 35. Tag der Schwangerschaft

eingenommen wurde.[6] Das (R)-konfigurierte Enantiomer des Wirkstoffes hat den

gewünschten Effekt als Schlafmittel, wohingegen das (S)-konfigurierte Enantiomer tera-

togen wirkt. Diese Katastrophe hat dazu geführt, dass chirale Wirkstoffe jetzt nur noch

zugelassen werden, wenn sie enantiomerenrein vorliegen. Ausserdem wird darauf hin-

gearbeitet, dass bereits zugelassene Racemate durch das in gewünschter Weise wirk-

2


same Enantiomer ersetzt werden (racemic switch).[3] Es besteht also ein großer Bedarf

an Methoden zur Generierung enantiomerenreiner Verbindungen.

1.2 Synthese homochiraler Verbindungen

Prinzipiell sind enantiomerenreine, chirale Verbindungen auf verschiedenen Wegen

zugänglich, durch:[7]

• Spaltung von Racematen

• Derivatisierung chiraler Naturstoffe („chiral pool“)

• Asymmetrische Synthese.

Bei der Racematspaltung verliert man mindestens 50% des Produktes; die Synthese

ausgehend von enantiomerenreinen Naturstoffen erfordert häufig eine Vielzahl von

Syntheseschritten. Deshalb wird die asymmetrische Synthese, entweder als asymmetri-

sche Katalyse oder als Auxiliar-gesteuerte Reaktion, oft als geeignete Methode zur

Synthese einer chiralen Zielverbindung ausgewählt. Dabei bieten die asymmetrischen

Katalysen gegenüber Auxiliar-gesteuerten Reaktionen den großen Vorteil, dass die

Menge des Trägers chiraler Information nur einen Bruchteil der Menge der herzustel-

lenden Verbindung beträgt. Aus Gesichtspunkten der vielseitigen Einsetzbarkeit, Wirt-

schaftlichkeit und Atomökonomie geht der Trend mittlerweile zum Einsatz chiraler

Katalysatoren für die Gewinnung enantiomerenreiner Verbindungen.

Klassische asymmetrische Katalysatoren sind enantiomerenreine niedermolekulare

Verbindungen, die entweder direkt oder als Ligand in aktiven Metallkomplexen die

Bildung enantiomerenreiner Produkte beschleunigen. Ein wesentliches Problem ist

häufig die Abtrennung und Zurückgewinnung des teuren chiralen Katalysators.[8] Unter

diesen Aspekten bietet die heterogene (zweiphasige) Katalyse Vorteile gegenüber den

homogenen (einphasigen) Katalysesystemen. Allerdings berichteten demgegenüber

Kagan et al. bereits 1973, dass die Anknüpfung Diphosphan-haltiger Katalysator-

Liganden (Rh-DIOP) an quervernetzes Polystyrol einen Einbruch an Reaktivität und

Selektivität zur Folge hatte.[9] Vermutlich werden durch den Träger die katalytisch

aktiven Zentren beeinflusst, diese sind für Substrate im Allgemeinen nur schlecht zu-

gänglich, woraus häufig geringe Ausbeuten und geringe Enantiomerenüberschüsse

resultieren.[10] Ferner ist die Entwicklung und Optimierung heterogener Katalysatoren

3


weitaus problematischer als bei den analytisch wesentlich besser zugänglichen homo-

genen Systemen.[11]

Die Immobilisierung von Katalysatoren an löslichen polymeren Trägern oder die Ver-

wendung löslicher polymerer Liganden oder Katalysatoren vereint die Vorteile von

heterogener und homogener Katalyse.[12-15] Dadurch kann eine Reaktion im homogenen

Medium unter Beibehaltung aller kinetischen und analytischen Vorteile dieser Reak-

tionsführung erreicht werden, wobei gleichzeitig die unproblematische Katalysator-

Rückgewinnung durch Ausfällen, Dialyse oder Ultrafiltration gewährleistet bleibt.

Neben diesen Prozeßvorteilen bieten solche Katalysatoren im Vergleich zu den mono-

meren Analoga vielfältige Variationsmöglichkeiten an polymerspezifischen Eigen-

schaften, so ist z.B. die mittlere Kettenlänge einstellbar oder es können Copolymere

aufgebaut werden.

Für asymmetrische Synthesen wurden katalytisch aktive, chirale Bausteine in lösliche

Polymere eingebaut.[14, 15] Als eines der erfolgreicheren Konzepte erwies sich die

Verwendung der an Polyethylenglycolmonomethylether (MeO-PEG) gebundenen

chiralen Liganden zur asymmetrischen Dihydroxylierung.[16-19] Dabei enthält allerdings

jede Polymerkette nur eine katalytisch aktive Einheit, weiterhin ist die Löslichkeit des

Polymers in der Kälte begrenzt. Auch lösliche Polystyrole werden als Träger chiraler

Katalysatoren erprobt.[20] Der Vorteil gegenüber dem MeO-PEG-Konzept ist die An-

knüpfung mehrerer aktiver Zentren an jedes Makromolekül, wodurch die Reaktivität im

Vergleich zu den Polymeren mit nur einer aktiven Stelle steigt. Trotzdem bringt die

Anbindung eines Katalysators an ein Polymer, verglichen mit analogen niedermolekula-

ren Systemen, häufig eine Abnahme sowohl der Reaktivität als auch der Selektivität mit

sich; Verbesserungen konnten lediglich in Einzelfällen beobachtet werden.[21, 22]

Als Grund für die Verschlechterung der Selektivität wird die uneinheitliche Mikro-

umgebung an den katalytisch aktiven Zentren, hervorgerufen durch die zufällige, kon-

formativ nicht definierte Überstruktur der meisten Polymere, angegeben (Abbildung

1.3).[23]

4


[Kat]

[Kat]

[Kat]

[Kat]

[Kat]

[Kat]

Abbildung 1.3 Katalysator-Zentren ([Kat]), angebunden an ein Polymer mit unregelmäßiger Überstruktur.

Die bisherigen Ansätze zur Herstellung immobilisierter Katalysatoren, die Anknüpfung

bewährter niedermolekularer Liganden an ein polymeres Rückgrat, hat also den Nach-

teil der ungesteuerten Beeinflussung durch die makromolekulare Überstruktur. Es

wurden teilweise sehr starke Effekte durch den polymeren Träger festgestellt. Beispiel

hierfür sind Experimente von Yamashita et al., bei denen die Methanolyse von Phenyl-

methylketen 1 durch Derivate basischer China-Alkaloide katalysiert wurde (Schema

1.1).[24, 25]

N

O

3 4

N

H

O

N

O

N

H

O

n

CMe

Ph

OMe

PhOMe

Okat. 3 bzw. 4

Toluol, -78°C

1 2

(S)-6 (70%, 35% ee)(R)-5 (72%, 4.4% ee)

Schema 1.1 Methanolyse von Methylphenylketen 1, katalysiert durch China-Alkaloide.

Interessanterweise ergab ein monomeres Alkaloid-Derivat einen wesentlich geringeren

Enantiomerenüberschuss (ee = 4.4%) als sein polymeres Analogon (ee = 35%).

Weiterhin entstand das Produkt 2 in umgekehrter absoluter Konfiguration. Diese

5


Effekte kann man so interpretieren, dass das Rückgrat des Polymers einen starken

Einfluss auf die Katalyse ausübt und damit der Einfluss der stereogenen Zentren sogar

überkompensiert werden kann. Wahrscheinlich wird dieser Effekt durch die Über-

tragung chiraler Information, die in der Überstruktur des Polymers gespeichert ist,

erreicht. Diese Übertragung ist allerdings nicht vollständig und durch die unklare

Überstruktur auch nicht gezielt steuerbar.

1.3 Asymmetrische Katalysatoren mit helicalen Struktur-elementen

Julia und Colonna konnten feststellen, das die peptidkatalysierte, asymmetrische Epoxi-

dierung von Chalconen stark von der Überstruktur der Peptide abhängt.[26-28] Peptide,

die keine helicale Sekundärstruktur ausbilden, eigneten sich nicht als Katalysatoren.[29]

Auch Oligopeptide, die zu wenige Bausteine enthielten, um eine stabile α-Helix zu

formen, lieferten nur geringe Enantiomerenüberschüsse. Generell kann eine Peptid-

Helix erst ab ca. 10 Bausteinen stabil vorliegen; Decapeptide zeigen eine deutliche

chirale Induktion.[30] Problematisch an den beschriebenen Systemen ist die geringe

Substratbreite (nur Chalcone sind oxidierbar) und die Basenlabilität der Peptide; der

Katalysator wird während der Reaktion zersetzt.

Gilbertson et al. versuchten, mit Hilfe phosphanmodifizierter, helicaler Dodekapeptide

asymmetrische Hydrierungen durchzuführen.[31, 32] Das weitgehende Versagen dieser

Systeme ist vermutlich auf eine kontraproduktive Wechselwirkung der Zentrochiralität

der unterschiedlichen Monomerbausteine mit der Sekundärstruktur zurückzuführen.

Offensichtlich ist es wichtig, ein stereoreguläres Polymer aufzubauen, um eine identi-

sche Mikroumgebung der katalytisch aktiven Positionen zu erreichen.

Um herauszufinden, ob die Helix einen Einfluss auf asymmetrische Katalysen haben

kann, musste zunächst eine Verbindung mit einem helicalen Strukturelement ohne

axiale, planare oder zentrale Chiralität als Katalyseligand eingesetzt werden. Der erste

Versuch zur Realisierung dieser strukturellen Anforderungen wurde von Reetz et al.

unternommen (Schema 1.2).[33]

6


MeOOCCOOMe

MeOOCCOOMe

H2

0.1 mol%Lig-Rh+(COD)BF4

-

PPh2PPh2

Lig =

7 8

9

Schema 1.2 Enantioselektive Hydrierung von Methylenbernsteinsäuredimethylester 7 mit dem helicalen Phosphan 9.[33]

Dabei wurde Rhodium(I) mit dem enantiomerenreinen Bis(diphenylphosphan)hexaheli-

cen 9 komplexiert und zur enantioselektiven Hydrierung von Methylenbernsteinsäure-

dimethylester 7 zu (S)-2-Methylbernsteinsäuredimethylester 8 eingesetzt. Die Ausbeute

betrug 54% bei einem Enantiomerenüberschuss von 39%. Das vorgestellte System ist

nicht geeignet zur breiten Anwendung in der Synthese; es zeigt sich allerdings deutlich,

daß die chirale Information einer Helix bei einer asymmetrischen Synthese prinzipiell

auf ein Substrat übertragen werden kann.

Im Arbeitskreis Reggelin wurde die Idee entwickelt, Polymere mit einer definierten

chiralen (z.B. helicalen) Überstruktur als Träger chiraler Information und als chiralen

Induktor bei Katalysen einzusetzen.[12] Das Polymer soll also nicht nur als Träger des

Katalysators dienen, sondern den stereochemischen Verlauf der Katalyse steuern. Durch

Einbau eines großen Anteils komplexierender Bausteine sollte somit ein stereoregulärer,

mehrkerniger („multiple-site“) Ligand entwickelt werden (Abbildung 1.4).

D DÜM

ÜM

D D D D D DÜMÜM

ÜM

D = Donor-GruppeÜM = Übergangsmetall

D D D DD D

Abbildung 1.4 Schematische Darstellung eines Komplexes aus einem helicalen Polymer mit Übergangsmetallzentren.

7


1.4 Zielsetzung

Ziel der Arbeit war die Erschließung einer neuartigen Klasse asymmetrischer Kataly-

satoren: Polymere mit niedriger Helix-Inversionsbarriere sollten als Metall-Liganden

eingesetzt werden. Dazu war der Einfluss der helicalen Sekundärstruktur auf den Chira-

litätstransfer bei asymmetrischen Katalysen zu erforschen. Als helical-chirale Polymere

mit niedriger Helix-Inversionsbarriere sollten Polyisocyanate erprobt werden.

Es waren Liganden-funktionalisierte Isocyanate herzustellen und diese sollten durch

Copolymerisation mit chiralen, dirigierenden Isocyanat-Monomeren in helicale Poly-

mere überführt werden. Die Polyisocyanate waren zu charakterisieren und als Kom-

plexe mit Übergangsmetallen in asymmetrischen C-C-verknüpfenden Modell-Katalysen

auf ihre Fähigkeit zur chiralen Induktion zu überprüfen.

Als Donor-Funktionalitäten waren phenolische Hydroxyl-Gruppen vorgesehen, diese

sind Bestandteil wichtiger chiraler Katalyseliganden (z.B. BINOL). Parallel zu dieser

Arbeit sollten von Martin Klußmann in seiner Dissertation Phosphan-modifizierte

Polyisocyanate als chirale Liganden synthetisiert werden.

Damit sollte eine neuartige Klasse asymmetrischer Katalysatoren gefunden werden, die

die helicale Chiralität als Quelle der asymmetrischen Induktion erschließt. Dies soll die

Grundlage zu einer Erweiterung der Möglichkeiten auf dem Gebiet der asymmetrischen

Synthese darstellen.

8

2 Stand der Forschung In diesem Kapitel wird kurz die Synthese helical-chiraler Polymere beschrieben.

Weiterhin soll eine vertiefende Beschreibung der Klasse der Polyisocyanate gegeben

werden. Anschließend wird die Bedeutung phenolischer Liganden in der Übergangs-

metallkatalyse aufgezeigt.

2.1 Synthetische Polymere mit helicaler Überstruktur

In der Literatur ist eine Vielzahl synthetisch hergestellter, optisch aktiver Polymere mit

helicaler Überstruktur beschrieben.[34] Helical-chirale Polymere sind auf verschiedenen

Wegen herstellbar:[35]

• Asymmetrische, gangselektive Polymerisation (screw-sense selective poly-

merisation)

• Polymerisation optisch aktiver Monomere

• Polymerisation achiraler oder prochiraler Monomere mit chiralen Initiatoren.

Die synthetischen helicalen Polymere lassen sich weiterhin bezüglich ihrer Dynamik in

zwei Klassen einteilen:[36]

• Polymere mit hoher Helix-Inversionsbarriere

• Polymere mit niedriger Helix-Inversionsbarriere.

Typische Vertreter der Polymere mit hoher Helix-Inversionsbarriere sind in Abbildung

2.1 aufgezeigt, es handelt sich um Polymethacrylate p10,[37] Polyisocyanide p11[38] und

Poly(2,3-chinoxazoline) p12.[39]

Bei diesen Polymeren wird die Stabilität der helicalen Überstruktur durch eine hohe

Helix-Inversionsbarriere verursacht, d.h. die Umkehr des Helix-Drehsinns ist bei

Raumtemperatur kinetisch gehemmt.[40] Zu ihrer Herstellung wird im Allgemeinen die

asymmetrische, gangselektive Polymerisation eingesetzt.

9

2 Stand der Forschung

O

On

Nt-Bu

n

N

N

N

N OPr

OPr

n

m

p10 p12p11

Abbildung 2.1 Beispiele helicaler Polymere mit hoher Helix-Inversionsbarriere.

Bei Makromolekülen mit niedriger Inversionsbarriere (Polymere mit dynamischer

Helix) besteht die Sekundärstruktur aus langen alternierenden Bereichen mit rechts- und

linksgängigen Helices. Die Wendepunkte zwischen den helicalen Bereichen „wandern“

bei Raumtemperatur durch die Kette, eine gangselektive Polymerisation ist daher nicht

möglich. Chirale Polymere dieses Typs werden unter Verwendung chiraler Bausteine

oder (selten) Initiatoren synthetisiert. Die Gängigkeit der Bereiche kann dabei entweder

durch chirale Seitengruppen oder am Polymer verbleibende chirale Startgruppen

gesteuert werden. Beispiele für Polymere, deren dynamische helicale Überstruktur

durch zentrochirale Seitengruppen bestimmt wird, sind die in Abbildung 2.2 gezeigten

Polyacetylene p13,[35] Polysilane p14[41] und Polyisocyanate p15.[42, 43]

n

p13 p15p14

H

OO

Si

C10H21

Hn

O

N n

Abbildung 2.2 Beispiele helicaler Polymere mit niedriger Helix-Inversionsbarriere.

Beide Polymerklassen (Polymere mit hoher und niedriger Inversionsbarriere) kommen

prinzipiell als Träger und Überträger chiraler Information bei Katalysen in Betracht.

Um die jeweiligen Vor- und Nachteile zu ermitteln, sollten daher im Arbeitskreis

10


Reggelin helicale Polymere beider Klassen auf ihre Eignung als chirale Liganden über-

prüft werden.

Als Beispiel für Polymere mit hoher Helix-Inversionsbarriere wurden, teilweise zeit-

gleich zu dieser Arbeit, Polymethacrylate als Liganden eingesetzt. Von Melanie Schultz

wurden im Rahmen ihrer Dissertation Phosphan-substituierte helicale Polymethacrylate

wie p16 erstmals hergestellt und als Liganden für Rhodium und Palladium eingesetzt

(Abbildung 2.3).[44]

InitH

O

P

Om

PhHN N

PhInit =

Init

O

On

H

O

NN

Oo

16

p(10-co-17)

Abbildung 2.3 Donor-substituierte helicale Polymethacrylate.[44, 45]

Die Komplexe erwiesen sich als katalytisch aktiv in asymmetrischen Hydrierungen und

allylischen Substitutionen, die erreichten Enantiomerenüberschüsse lagen allerdings

unter 5%. Parallel dazu hat Michael Holbach Pyridyl-substituierte Polymethacrylate

synthetisiert und auf katalytische Aktivität in allylischen Substitutionen getestet.[45, 46]

Beispielsweise wiesen Palladium-Komplexe des Copolymers p(10-co-17) eine hohe

Aktivität bei der Alkylierung von Diphenylpropenylacetat 18 mit Dimethylmalonat auf,

der höchste bisher erzielte Enantiomerenüberschuss betrug 60% (Schema 2.1).

Ph

CH2(CO2Me)2

25 mol%Pd-p(10-co-17)

18 19

Ph

OAc

Ph Ph

CH(CO2Me)2

CH2Cl2

0°C, RT

ee = 60%99%

Schema 2.1 Asymmetrische allylische Substitution katalysiert durch einen Palladiumkomplex des Polymethacrylates p(10-co-17).

11


Die Polymethacrylate weisen allerdings einige Nachteile auf:

• Die Variation der Bausteine ist nur in engem Rahmen möglich (der hohe steri-

sche Anspruch der Seitengruppen darf die Polymerisation nicht verhindern,

muss aber die Helix stabilisieren). Dies ist problematisch im Hinblick auf die

Optimierung als Katalyse-Liganden.

• Es werden nur geringe Polymerisationsgrade erreicht.

• Viele Polymethacrylate racemisieren in Lösung, dieser Vorgang ist irreversibel.

Bei Polymeren mit niedriger Helix-Inversionsbarriere wird die helicale Überstruktur

durch chirale Einflüsse (z.B. durch chirale Seitengruppen) induziert, daher sind keine

sterisch anspruchsvollen Seitengruppen nötig. Dies lässt eine große konstitutionelle

Breite der Bausteine und die Herstellung hochmolekularer Polymere zu. Eine Racemi-

sierung ist nicht möglich, da die Überstruktur flexibel ist und durch chirale Induktion

eine Helix-Vorzugskonformation etabliert wird. Diese Vorteile machen Polymere mit

niedriger Helix-Inversionsbarriere interessant für die Erprobung als chirale Katalyse-

liganden.

2.2 Polyisocyanate – Stand der Forschung

Polyisocyanate p20 sind eine Klasse synthetischer Polymere des Nylon-Typs, des

sogenannten N-substituierten Nylon-1 (Abbildung 2.4).[47-49]

p20

NN

R O

NN

R O

O R RO

NR

O

Abbildung 2.4 Schematischer Ausschnitt eines Polyisocyanates.

In diesem Kapitel soll ein Überblick über die relevanten Aspekte der Monomer-Synthe-

sen, Polymerisationstechniken und Polymerstruktur gegeben werden. Weiterhin wird

die Klasse der helical-chiralen Polyisocyanate detailliert beschrieben.

12


2.2.1 Isocyanat-Synthesen

Zur Synthese von Isocyanaten wurde bereits eine Vielzahl an Methoden veröf-

fentlicht.[50] Im Folgenden sollen die wichtigsten Wege, d.h. im Labor- und Technik-

Maßstab häufig eingesetzte Synthesen, kurz skizziert werden.

Darstellung von Isocyanaten aus Carbonsäure-Derivaten

Ausgehend von aktivierten Carbonsäurederivaten sind Carbonsäureazide 24 darstellbar;

diese lassen sich durch Erwärmen über eine Curtius-Umlagerung in entsprechende

Isocyanate 20 überführen (Schema 2.2).

RN C O

R O

O

O

O

R Cl

O

R NH

ONH2

R N3

O ∆

NaN3

TMS-N3

HNO2

21

22

23

24 20Curtius-

Umlagerung

Schema 2.2 Darstellung von Isocyanaten aus Carbonsäurederivaten.

Beispiele sind die Umsetzung von Carbonsäureanhydriden 21 mit Natriumazid[51, 52] und

von Carbonsäurechloriden 22 mit Azidotrimethylsilan.[53] Letzere Reaktion kann

vollständig in aprotischen Lösungsmitteln durchgeführt werden und ist daher auch für

solvolyseempfindliche Verbindungen geeignet. Carbonsäurehydrazide 23, die leicht

durch Umsetzung entsprechender Ester mit Hydrazin erhältlich sind, lassen sich unter

sauren Bedingungen mit Natriumnitrit in Carbonsäureazide 24 überführen.[54]

Ein Nachteil der Darstellung von Isocyanaten über Carbonsäureazide ist deren Neigung

zu explosionsartiger Zersetzung. Daher wird das Azid 24 im Allgemeinen nicht isoliert,

sondern direkt durch kontrolliertes Erwärmen einer verdünnten Lösung in das Isocyanat

20 überführt.

Darstellung von Isocyanaten aus Aminen

Die Herstellung von Isocyanaten aus Aminen wird sowohl im großtechnischen als auch

im Labormaßstab häufig angewendet. Besonders wichtig ist die Umsetzung von

Aminen 25 mit dem preisgünstigen Phosgen[55] 26 (Schema 2.3).[50, 56, 57]

13


28

RNH2

N NN

O

N

N NHN

O

RR

N C O + HN N

29 20 30

25

ClCl

O

- HCl ClHN

O

RR

N C O

20- HCl

27

26

Schema 2.3 Darstellung von Isocyanaten aus Aminen mit Phosgen 26 bzw. N,N´-Carbonyl-diimidazol 28.

Die Methode ist anwendbar bei aliphatischen und aromatischen Aminen und wird im

Allgemeinen unter basischen Bedingungen durchgeführt, um den entstehenden Chlor-

wasserstoff abzufangen. Da Phosgen flüchtig und sehr giftig ist, werden auch verschie-

dene Analoga wie Diphosgen eingesetzt, diese weisen allerdings oftmals zu geringe

Reaktivitäten auf.[58] Ein erfolgreiches Phosgen-Substitut ist N,N´-Carbonyl-diimidazol

(CDI) 28.[59, 60] Die Reaktion kann im neutralen Medium durchgeführt werden, statt HCl

entsteht als einziges Nebenprodukt das chemisch relativ inerte Imidazol 30. Da CDI 28

erheblich teurer ist als Phosgen, eignet sich diese Methode allerdings nur für den

Einsatz im Labor.

Eine interessante Alternative zur Herstellung flüchtiger Isocyanate ist die Umsetzung

des Amin-Vorläufers mit einem Überschuss eines anderen, hochsiedenden Isocyanates

31.[61] Ein preisgünstiges, hochsiedendes Isocyanat (z.B. 4,4´-Diisocyanato-diphenyl-

methan 32 (MDI)), wird als Schmelze vorgelegt, das Amin 25 zugesetzt und das

Produkt 20 direkt aus dem Gleichgewicht der Reaktionsmischung abdestilliert (Schema

2.4).

RN C O

20

RNH2

R´NCO

R´HN

R´NH

CO

+ +∆

abdest.

3125 33

31: hochsiedendes Isocyanat, z.B.

OCN NCO

2

MDI 32

Schema 2.4 Darstellung von Isocyanaten aus Aminen 25 und hochsiedendem Isocyanat 31.

14


Auf diese Weise können kleine bis mittlere Mengen flüchtiger Isocyanate relativ

einfach aus den entsprechenden Aminen gewonnen werden.

Eine generelle Empfehlung für eine Methode zur Darstellung von Isocyanaten kann

nicht gegeben werden. Die Wahl hängt jeweils von unterschiedlichen Faktoren wie

Verfügbarkeit der Edukte, thermische und chemische Stabilität der Verbindungen und

von der Ansatzgröße ab.

2.2.2 Polymerisation von Isocyanaten

Anionische Polymerisation

Die erste Polymerisation eines Isocyanates wurde Ende der 50er Jahre von Shashoua et

al. mit einer Natrium-Suspension in Dimethylformamid durchgeführt.[47, 62] Kurze Zeit

später zeigte sich, dass auch andere Basen die Polymerisation bei tiefen Temperaturen

initiieren, als besonders geeignet erwies sich eine Lösung von Natriumcyanid in DMF

(Schema 2.5).[63]

RN C O

N

N

N R

OR

O

R

N

N

N

OR

OR

O

R

OCN

Na+

-NaCN

T > - 20°C

CRN

OH

nT << - 20°C

+ RNCO

20

34

35

p20

N

DMF3

Schema 2.5 Anionische Polymerisation bzw. Trimerisierung eines Isocyanates 20 mit NaCN als Initiator.

Bei Temperaturen über – 20°C bildet sich hauptsächlich das thermodynamisch stabile,

cyclische Trimer 35, wohingegen bei tieferen Temperaturen ein lineares Polymer p20

entsteht. Die höchsten Ausbeuten an Polymer werden zwischen – 50 und – 70°C erzielt.

Zum Abbruch der Reaktion muss das anionische Kettenende in der Kälte protoniert

werden, dies wird im Allgemeinen durch Zugabe von Methanol erreicht.

Das Polymer kann auch nach Abbruch der Polymerisation durch Deprotonierung zum

Trimer abgebaut werden. Dabei wird das Kettenende durch Basenzugabe deprotoniert,

15


das entstehende Anion greift die dritte Carbonyl-Gruppe der Haupkette nucleophil an

(„back-biting“). Statt des Abbruchs mit Methanol wurden auch Experimente zum

„Capping“ des anionischen Kettenendes mit Acetyl-Gruppen durchgeführt.[64, 65]

Dadurch kann die Basenstabilität der Polyisocyanate erhöht werden.

Neben der Initiierung durch NaCN in DMF haben sich auch anderen Systeme als

vorteilhaft erwiesen, da sie eine bessere Kontrolle über die Polydispersität und Ketten-

länge des Polymers bieten. Die Polydispersitätsindizes (PDI) bei der klassischen

Methode in DMF liegen häufig bei Werten über 5; ein Beispiel für eine verbesserte

Methode ist die Initiierung durch NaCN in Toluol (PDI um 2).[66] Die Arbeitsgruppe um

Lee entwickelte Methoden zur Verhinderung des „back-biting“ während der Poly-

merisation. Dazu wurde mit einem sterisch anspruchsvollen Kronenether-Komplex von

Natrium-Naphthalenid initiiert[67, 68] bzw. Natriumtetraphenylborat zur Abschirmung

des ionischen Kettenendes zugegeben.[69] Es konnten Polydispersitätsindizes von 1.1

erreicht werden.

Als Monomere sind diverse Alkyl-und Arylisocyanate geeignet, Beispiele sind in

Abbildung 2.5 angegeben.

N C O

37

N C O

36

N C O N C O N C O N C O

38 39 40 41

OMe COOtBu

Abbildung 2.5 Beispiele polymerisierbarer Isocyanate.

Der sterische Anspruch im Bereich der Isocyanat-Funktionalität darf nicht zu groß sein:

sekundäre Alkylisocyanate und ortho-substituierte Arylisocyanate sind im Allgemeinen

nicht polymerisierbar. Die meisten Polymerisationsmethoden wurden für Alkylisocya-

nate entwickelt, wobei n-Butylisocyanat 36 und n-Hexylisocyanat 37 die am häufigsten

eingesetzten Monomere sind.

Speziell zur kontrollierten Polymerisation von Arylisocyanaten wie 40 und 41 führte die

Arbeitsgruppe um Okamoto die Initiierung mit dem Lithium-Amid des Piperidins

ein.[70-72] Durch Variation des Mengen-Verhältnisses von Initiator zu Monomer

16


([M]/[I]) wurden Kettenlängen von 50 bis 1000 gezielt hergestellt, der Polydisper-

sitätsindex lag jeweils im Bereich um 2.

Titan-vermittelte Polymerisation

Die durch Titan-Komplexe wie z.B. cpTiCl2X (X = OCH2CF3, N(CH3)2, CH3) 42

initiierte Polymerisation von Isocyanaten unterscheidet sich wesentlich von der anioni-

schen Polymerisation, sie verläuft nach einem völlig anderen Mechanismus (Schema

2.6).[48, 65]

RN C O

n

20

TiClXCl

TiClXCl

RNCO

TiClCl

RN

OX

TiClCl

RN

ONR

O

NR

O

NR

O

X(n+2) RNCO

42

44

X = -OCH2CF3 -N(CH3)2 -CH3

43

Schema 2.6 Mechanismus der Titan-vermittelten Polymerisation von Isocyanaten.

Die Reaktion kann vollständig bei Raumtemperatur durchgeführt werden, da keine

Trimerisierung durch „back-biting“ möglich ist. Die Polymerisation verläuft lebend, es

können also Blockcopolymere hergestellt werden, indem man nach vollständigem

Umsatz des ersten Monomers ein zweites Monomer hinzugibt. Die Reaktion wird meist

in Substanz durchgeführt, es sind Ausbeuten bis 95% erreichbar. Beim Verdünnen mit

einem aprotischen Lösungsmittel depolymerisiert das Polyisocyanat 44 zu den Mono-

meren, Trimere werden nicht gefunden.[73]

Die erzielten PDI liegen im Falle von Homopolymeren des Hexylisocyanates zwischen

1.05 und 1.2,[65] bei Copolymeren wurden Werte um 1.4 erreicht.[74] Zum Abbruch der

Polymerisation kann, analog zur anionischen Polymerisation, das Kettenende durch

Zugabe protischer Lösungsmittel protoniert oder es kann mit Acetanhydrid acetyliert

werden. Die Titan-vermittelte Polymerisation eignet sich nicht zur Herstellung von

Polyarylisocyanaten, da die Titankomplexe durch Arylisocyanate zersetzt werden.

Die Ceiling-Temperatur, d.h. die Temperatur, oberhalb der keine Polymerisation

stattfindet, sondern Depolymerisation einsetzt, liegt verhältnissmäßig tief; dadurch ist

die Anwendbarkeit der Methode beschränkt. Es können nur Isocyanate polymerisiert

17


werden, die bei Raumtemperatur flüssig sind oder sich in einer minimalen Menge

Lösungsmittel wie Toluol lösen lassen. Weiterhin ist die Polymerisierbarkeit noch

stärker vom geringen sterischen Anspruch der Monomere abhängig als bei der anioni-

schen Initiierung.[49] Daher ist die Anzahl an Beispielen der mittels Titan-Katalyse

polymerisierter Isocyanate bisher gering.

2.2.3 Struktur der Polyisocyanate

Polyisocyanate nehmen sowohl in Lösung als auch im Festkörper eine helicale Über-

struktur an. Durch Röntgenstruktur-Untersuchungen an Poly-n-butylisocyanat p36

konnte eine 8/3-Helix festgestellt werden, d.h. 8 Monomerbausteine befinden sich in 3

Windungen (Abbildung 2.6).[75]

O

OO

OO

R

R

R

Ψ = - 32°

Φ = 153°

ρ = 135°

p36

O

N nR

R = -Butyln

Abbildung 2.6 Blick entlang der Helix-Achse von Poly-n-butylisocyanat.[76] Die Helixparameter sind eingezeichnet.[75]

Berechnungen bestätigen die resultierende trans-gauche-Konformation des Rückgrates

auch für gelöste Polyisocyanate.[77] Ursache für die helicale Konformation ist ein

Kompromiss zwischen zwei entgegengesetzten Effekten: Durch Konjugation des freien

Elektronenpaares am Stickstoffatom mit der Carbonylgruppe entsteht die Tendenz, alle

Atome der Amid-Bindung in einer Ebene zu halten. Die sterische Abstoßung der

Carbonylgruppen und der Reste R führt jedoch zu einer Verdrillung, aus der die helicale

Überstruktur resultiert.[49]

Die Helix kann entweder im rechtshändigen (P-Helix) oder im linkshändigen (M-Helix)

Zustand vorliegen.[29] Ohne weiteren Einfluss einer Chiralitätsquelle sind die beiden

Helices Enantiomere und liegen daher gleich häufig vor. Längere Polyisocyanat-Ketten

können Helix-Umkehrpunkte („helix-reversals“) enthalten, an denen sich der Gang der

18


Helix umkehrt.[43, 78] Da diese Wendepunkte energetisch ungünstig sind (∆Gr ≈ 15.6 kJ

mol-1 für Poly-n-hexylisocyanat p37), kommen sie bei Raumtemperatur nur etwa einmal

pro 600 Bausteinen vor.[43] Die Umkehrpunkte können sich entlang der Helix bewegen,

wie durch Berechnungen[79, 80] und NMR-Experimente mit Poly-2-butylhexylisocyanat

p38[81] nachgewiesen wurde. Die Bewegung der Wendepunkte entlang des Rückgrates

ist, in Bezug auf die Zeitskala des NMR-Experimentes, bei 20°C langsam und bei

140°C schnell.

Das Verhalten der Polymere in Lösung hängt stark von der Kettenlänge ab, bei einer

Kette mit weniger als 700 bis 1000 Monomereinheiten verhalten sich Polyalkyl-

isoyanate wie stabförmige Teilchen; oberhalb dieser Grenze nehmen sie die Eigen-

schaften wurmartiger („coiled“) Makromoleküle an.[47, 82]

2.2.4 Helicale Polyisocyanate

Unter dem Einfluss eines chiralen Mediums oder eines Chiralitätselementes sind die

rechtshändigen (P)- oder linkshändigen (M)-Helices Diastereomere, d.h. sie sind

energetisch nicht mehr entartet. Daher liegt eine der beiden Gängigkeiten im Über-

schuss vor, Anzeichen dafür sind das Auftreten einer optischen Rotation [α] und einer

molare Elliptizität [Θ] in Circular-Dichroismus-(CD)-Messungen. Da [α] durch diverse

interferierende Effekte beeinflusst wird, ist die Messung des Cotton-Effektes eine

wichtige Ergänzung zur Charakterisierung der Polymere. Die CD-Spektroskopie ist

abhängig von der UV-Absorption eines Chromophors, durch Messung des Cotton-

Effektes ist somit die Chiralität direkt an dem Chromophor bestimmbar.[83, 84] Die

optische Aktivität der Polyisocyanate ist häufig um ein Vielfaches höher als bei den

Monomeren, verursacht wird dieser Effekt durch kooperative Verstärkung (siehe

unten).[42]

Homopolymere aus chiralen Isocyanaten

Die erste Polymerisation eines chiralen Isocyanates wurde bereits 1970 von Goodman et

al. durchgeführt (Schema 2.7).[85] Das Polymer p45 von (R)-2-Phenylpropylisocyanat

45 wies einen 13-fach höheren spezifischen Drehwert auf als das Monomer, darüber

hinaus änderte sich dessen Vorzeichen. Die Effekte wurden als Einfluss der Chiralität

der Seitengruppen auf die Konformation des Polymers gedeutet.

19


N C O NaCNC N

OHn

45 p45

NDMF

[α]D = + 35 (c = 1.05, CHCl3) [α]D = - 487 (c = 0.33, CHCl3)

Schema 2.7 Polymerisation von (R)-2-Phenylpropylisocyanat nach Goodman et al.[85]

Seitdem wurden eine Vielzahl von chiralen Isocyanaten polymerisiert, typische Bei-

spiele sind in Abbildung 2.7 angegeben.

N C O

15

N C OO

O

N C O

OHN

O

Ph

N C ON C O

OO

46 47 48 49

Abbildung 2.7 Beispiele chiraler Isocyanat-Monomere.

Die Polymerisation erfolgte nach den in Kapitel 2.2.2 beschriebenen Methoden, für

15[86, 87] und 46[88] z.B. mit NaCN als Initiator. Die aromatischen Isocyanate 47,[89] 48[70]

und 49[90] wurden von Okamoto et al. mit Lithium-Piperidid in THF polymerisiert.

Interessanterweise scheint der Abstand des chiralen Zentrums einen wesentlichen

Einfluss auf den Überschuss einer Helix-Drehrichtung zu haben: Die spezifischen

Drehwerte steigen vom Polymer aus dem para-substituierten p47 ([ = -1684) über

p48 ([ = -1969) zu p49 ([ = -3129) deutlich an. Weiterhin scheint der Dreh-

wert bei Arylisocyanaten für kurze Polymere (n = 50 - 1000) unabhängig von der

Kettenlänge zu sein.

25]Dα

25]Dα 25]Dα

[70]

In weiteren Arbeiten stellte die Arbeitsgruppe um Green Polymere aus Isocyanaten her,

deren einziges Chiralitätselement mittels Substitution eines Wasserstoffatoms durch

Deuterium an einem Kohlenstoff-Atom erzeugt wurde (Poly-(R)-1-deuterio-n-hexyliso-

cyanat p50 und Poly-(R)-2-deuterio-n-hexylisocyanat p51 in Abbildung 2.8).[78, 86, 91, 92]

20


Die entsprechenden Polymere wiesen hohe spezifische Drehwerte auf, der Absolut-

betrag war über 600-fach höher als der des jeweiligen Monomeren.

N

O

n

p50

[α]D = + 302 (n-Hexan)[α]D = - 444 (n-Hexan)

DH

p51

N

O

n

HD

Abbildung 2.8 Strukturformeln und Drehwerte von Poly-(R)-1-deuterio-n-hexylisocyanat p50 und Poly-(R)-2-deuterio-n-hexylisocyanat p51.

Der Energieunterschied zwischen P- und M-Helix ist sehr gering, dennoch belegen die

hohen spezifischen Drehwerte und Banden im CD-Spektrum die Bevorzugung einer

Helix-Gängigkeit. Dieser Effekt kann nur durch kooperative Verstärkung der einzelnen

kleinen Einflüsse zustande kommen.[42] Eine quantitative Interpretation wurde mit

Einführung des eindimensionalen Ising-Modells möglich.[42, 78] Diese Überlegungen aus

der statistischen Thermodynamik führten zu den folgenden Gleichungen für kurze (1)

und lange (2) Polymerketten:

[ ] [ ] )/tanh(max RTDPGh∆= αα (1)

[ ] [ ] 212max )1)//(()/( +∆∆= RTGLRTGL hhαα mit L = exp(∆Gr / RT) (2)

([α]max : Grenzwert des spezifischen Drehwertes für ein Polymer mit einer Helix-

gängigkeit, DP : Polymerisationsgrad, ∆Gr : Energieaufwand pro Helix-Umkehrpunkt,

2∆Gh : Energieunterschied zwischen P- und M-Helix pro Wiederholungseinheit)

In Gleichung (1) für kurze Ketten ist ∆Gr nicht enthalten, da die Helix-Umkehr erst bei

längeren Polymeren eine Rolle spielt (siehe Absatz 2.2.3). Der Energieunterschied 2∆Gr

beträgt bei den deuterierten Polyisocyanaten nur ca. 4 Joule pro mol und Monomer,[91,

92] dies entspricht ca. 1/600 der Umgebungsenergie.[43] Daraus wird deutlich, dass nur

das kooperative Zusammenwirken der einzelnen Beiträge den Gang der Helix bestim-

men kann. Analoge Effekte bei der Bildung einer Helix durch kooperative Verstärkung

wurden beispielsweise bei peptidischen Nukleinsäuren (PNA) gefunden.[93]

21


Copolymere

Zur weiteren Bestimmung des Einflusses chiraler Seitengruppen auf den Gang der Helix

wurden Copolymere aus chiralen und achiralen Isocyanaten hergestellt. Zum Beispiel

wurden 2,6-(R)-Dimethylheptylisocyanat 15 und n-Hexylisocyanat 37 mit der Natrium-

cyanid-Methode anionisch polymerisiert und die chiroptischen Eigenschaften in Ab-

hängigkeit des Einbauverhältnisses analysiert (Tabelle 2.1).[43, 94]

Tabelle 2.1: Spezifische Drehwerte der Copolymere aus 2,6-(R)-Dimethylheptylisocyanat 15 und n-Hexylisocyanat 37[a],[b].[43]

p(15-co-37)

O

Ny

O

N x

# x y 20][ −

Dα 20][ +Dα

1 0 100 0 0

2 0.5 99.5 -140 -66

3 2.3 97.7 -379 -231

4 15 85 -532 -480

5 100 0 -514 -500 [a] In CHCl3 (c = 0.5) [b] x = Mol-% 2,6-(R)-Dimethylheptylisocyanat 15, y = Mol-% n-Hexylisocyanat

37.

Es zeigte sich, dass bereits ein Anteil von 15 Mol-% des chiralen Bausteins (Tabelle

2.1, #4) ungefähr zur gleichen optischen Aktivität führt wie ein Polymer aus rein

chiralen Einheiten (#5). Selbst ein Anteil von nur 0.5 Mol-% ergab ein Polymer, bei

dem eine Drehrichtung in deutlichem Überschuss vorliegt (#2). Die höhere optische

Aktivität bei tieferer Temperatur kommt durch die geringere Zahl an Wendepunkten in

der Helix zustande. Green et al. nannten diese Untersuchungen „Sergeants and Sol-

diers“-Experimente, da eine Minderheit chiraler „Sergeants“ die Mehrheit achiraler,

indifferenter „Soldiers“ in eine Konformation zwingen kann.[94, 95] Um ein Polymer mit

einheitlicher Gangrichtung der Überstruktur herzustellen, ist es also nicht nötig, die

22


Kette ausschließlich mit chiralen Bausteinen aufzubauen, ein Anteil chiraler Gruppen

genügt.

Bei den Arylisocyanaten gibt es nur wenige literaturbekannte Beispiele für helicale

Copolymere. Die wesentlichen Ergebnisse wurden in der Arbeitsgruppe um Okamoto

erzielt, die als „Sergeants“ eingesetzten chiralen Bausteine verfügten über eine chirale

Seitengruppe, welche über eine Ester- oder Amidbindung an den Aromaten geknüpft

wurde.[70, 89] In Abbildung 2.9 sind die Drehwertes des Copolymers aus 3MeOPIC 40

und (S)-3PEAPIC 48 in Abhängigkeit von der Zusammensetzung angegeben.[70]

[α] 3

6525

0 20 40 60 80-2500

-2000

-1500

-1000

-500

100

0

Anteil (S)-3PEAPIC [mol%]

N

O

Init.

O

mN

MeO

H

n

p(40- -48)copoly-(3MeOPIC-co-(S)-3PEAPIC)

HN

O

Ph

Abbildung 2.9 Spezifische Drehwerte der Copolymere aus 3MeOPIC 40 und (S)-3PEAPIC 48.[70]

Es ist klar erkennbar, dass bei den Copolymeren der Arylisocyanate ebenfalls ein

„Sergeants and Soldiers“-Effekt gefunden wird, dieser aber schwächer ausfällt als bei

den vorher beschriebenen Polyalkylisocyanaten. Ein Polymer mit einem Sergeant-

Anteil von 10% erreicht etwa nur die Hälfte des spezifischen Drehwertes, der mit einem

Homopolymer aus Sergeant-Bausteinen erhalten werden konnte. Ein Drehwert von

vergleichbarem Betrag wird erst durch den Einbau von 30% Sergeant-Monomeren

erzielt. Interessanterweise erreicht der Drehwert sein Maximum bei 50% an eingebau-

tem „Sergeant“ und liegt um ca. 15% über dem Wert für eine Helix aus homochiralen

Bausteinen. Darüber sinkt der Betrag des Drehwertes mit weiterem Einbau von „Serge-

ant“-Monomeren wieder ab. Dies wird so gedeutet, dass eine einhändige Helix aus dem

achiralen Isocyanat 3MeOPIC 40 einen größeren spezifischen Drehwert hätte als ein

Polymer aus (S)-3PEAPIC 48.

Ein Copolymer aus den beiden Enantiomeren eines chiralen Isocyanates zeigt interes-

sante Effekte, falls beide Enantiomere nicht exakt im gleichen Verhältnis zueinander

23


vorliegen. Zur Untersuchung wurden scalemische Mischungen[96] von 2,6-Dimethyl-

heptylisocyanat 15 polymerisiert (Abbildung 2.10).

p((R)-15-co-(S)-15)

O

Nn

O

Nm

(R) (S)

Abbildung 2.10 Copolymer aus beiden Enantiomeren des 2,6-Dimethylheptylisocyanates 15.

Bei einem ee der Bausteine von 12% ergeben sich chiroptische Eigenschaften wie bei

einem Homopolymer (ee = 100%). Bereits ein ee von 2-3% bewirkt, dass der Drehwert

ein Drittel des Wertes des Homopolymers beträgt (Abbildung 2.11).[97]

98.4 %1.6 %

(51.4%)(48.6 %)

100 %

51.4%48.6 %O

N

O

N

(R) (S)

O

N

(R)

O

N

O

N

(R) (S)

O

N

Abbildung 2.11 CD-Spektren eines Homopolymers von 2,6-(R)-Dimethylheptylisocyanat 15, eines R/S-Copolymers mit einem ee von 2.8% des S-Enantiomers und eines R/S/Achiral-Terpolymers mit nur 1.6% Anteil an chiralen Bausteinen (mit 2.8% ee) und 98.4% 2-Butylhexylisocyanat 38.[98]

24


Der Drehsinn des Copolymers wird durch die Mehrheit der dirigierenden Gruppen

festgelegt, da sich die Anzahl der Wendepunkte verringert, wenn alle Bausteine die

Helixkonformation übernehmen.[97] Dieses Phänomen nennt man „majority rules“.[43]

Selbst wenn man zusätzlich achirale Bausteine im Überschuss einpolymerisiert, also ein

Terpolymer herstellt, findet man den Effekt der chiralen Verstärkung „diluted majority

rules“.[98] Das Terpolymer aus 98.4 Mol-% achiralem 2-Butylhexylisocyanat 38 und 1.6

Mol-% 2,6-Dimethylheptylisocyanat 15 mit einem ee von 2.8% des S-Enantiomeren

zeigt noch eine starke Bevorzugung einer Helix-Drehrichtung, dies wird im CD-

Spektrum erkennbar (Abbildung 2.11).

Durch gezielte Copolymerisation von Bausteinen, die temperaturabhängig rechts- bzw.

linksgängige Helices induzieren, gelang es Green et al. Polymere herzustellen, deren

Drehsinn sich durch Variation der Temperatur gezielt schalten lässt.[99, 100] Es ist

möglich, bei einer bestimmten Temperatur („compensation temperature“) beide Gang-

richtungen gleich häufig vorliegen zu lassen, der Drehwert ist dann null.

Die gezielte Beeinflussung des Helix-Drehsinns durch Konfigurationsumkehr in den

Seitenketten von Polyisocyanaten wurde von der Arbeitsgruppe um Prof. Zentel unter-

sucht. Dazu wurden chirale Monomere mit azochromophoren Seitengruppen wie 52

hergestellt und mit n-Hexylisocyanat 37 copolymerisiert.[76, 101-103] Durch Bestrahlen

von p(37-co-52) mit Licht (365 nm) wird die Diazogruppe vom trans- in das cis-Isomer

überführt, die Rückreaktion erfolgt durch Erwärmen oder Bestrahlung mit Licht einer

Wellenlänge von 425 nm (Schema 2.8).

trans-p(37-co-52)

O

Ny

O

Nx

NN

O

Cl

O

Ny

O

Nx

NN

O

Cl

hν (365 nm)

oder ∆

cis-p(37-co-52)

hν (425 nm)

Schema 2.8 Trans- und cis-Struktur des azochromophorhaltigen Polyisocyanates p(37-co-52).

25


Durch die Isomerisierung können Änderungen der chiroptischen Eigenschaften indu-

ziert werden, bei dem Copolymer p(37-co-52) wird sogar der Helix-Drehsinn inver-

tiert.[104]

Einen Beweis für die kooperative Verstärkung lieferten auch die Versuche von Green et

al. zum Einfluss von circular polarisiertem Licht auf die Überstruktur neu entwickelter

Polyisocyanate. Axial-chirale Bicyclooctanon-Derivate von Alkylisocyanaten wurden in

racemischer Form hergestellt und mit einem großen Überschuss 2-Butylhexylisocyanat

38 copolymerisiert. Die Copolymere wie z.B. p(38-co-53) wurden mit circular polari-

siertem Licht (CPL) bestrahlt (Schema 2.9).

O

Ny

O

Nx

(+)-CPL

p38-co-53

H

O

O

Ny

O

Nx

H

O

linear polaris.Licht

Schema 2.9 Induktion von Chiralität durch Bestrahlung mit circular polarisiertem Licht.

Es waren deutliche Banden im CD-Spektrum erkennbar, die auf eine Verstärkung des

erzeugten Enantiomerenüberschusses in der Seitengruppe durch die Induktion einer

Helix-Vorzugskonformation hinweisen. Mittels Bestrahlung mit entgegengesetzt

circular polarisiertem Licht konnte der Helix-Überschuss hin- und hergeschaltet

werden, linear polarisiertes Licht bewirkte dagegen eine Racemisierung. Bei analogen

Bestrahlungen niedermolekularer Verbindungen konnte keine chirale Induktion festge-

stellt werden, erst die Kooperation im Polymer machte den Effekt sichtbar. Es handelt

sich hierbei um einen „diluted majority rules“-Effekt.

Induzierte Helix in Polymeren aus achiralen Bausteinen

Solange keine chirale Störung auftritt, liegen Polyisocyanate ohne chirale Seitengrup-

pen racemisch, d.h. gleich häufig als P- und M-Helix vor. Chirale Störungen sind

beispielsweise über Säure-Base-Wechselwirkungen induzierbar. Das achirale Poly-3-

carboxy-phenylisocyanat p54 (Abbildung 2.12) wurde mit diversen enantiomerenreinen

Aminen umgesetzt.[71]

26


p54

O

N n

OH

O

Abbildung 2.12 Struktur von Poly-3-carboxy-phenylisocyanat p54.

Dadurch entstanden starke Signale im CD-Spektrum, die auf die Induktion einer Helix-

Vorzugsrichtung schließen lassen. Das Signal nahm im Verlauf einiger Stunden wieder

deutlich ab, da die Amine einen baseninduzierten Abbau des Polymers zu Trimeren

verursachten.

Ein weiteres Beispiel für die Verstärkung minimaler Effekte ist die Induktion einer

Helix-Vorzugskonformation durch ein chirales Lösungsmittel. Lösungen von Poly-n-

hexylisocyanat p37 in enantiomerenreinen chlorierten Kohlenwasserstoffen zeigen

deutliche CD-Signale.[105, 106] Der Energieunterschied 2∆Gh der chiralen Solvatation

wurde mit 0.16 J mol-1 pro Baustein (für 2-Chlorbutan als Lösungsmittel) berechnet.

Dieser winzige Einfluss könnte ohne kooperative Verstärkung keinesfalls nachgewiesen

werden.

Die Polymerisation achiraler Isocyanate mit einem chiralen Initiator führt zu nur sehr

geringen Drehwerten und Cotton-Effekten.[65] Der Grund dafür ist die dynamische

Natur der Helix, d.h. die chirale Information kann nicht in der Überstruktur gespeichert

werden. Der geringe Drehwert wird durch eine am Kettenende verbleibende chirale

Startgruppe induziert. Okamoto et al. gelang die selektive Herstellung und Auftrennung

von Oligo-Arylisocyanaten mit einer chiralen Initiatorgruppe.[107] Dazu wurde z.B.

3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40 mit dem Lithiumsalz von (S)-2-(Methoxy-

methyl)pyrrolidin 55 umgesetzt und das resultierende Gemisch durch überkritische

Flüssigkeitschromatographie nach der Anzahl der Bausteine (n) aufgetrennt (Schema

2.10).[72]

27


p40

N C ON

OH

n

40

OMe

N

MeO

OMe

NOMe

THF, -98°C

Li

55

Schema 2.10 Oligomerisierung von 3-Methoxy-phenylisocyanat 40 mit Lithium-(S)-2-(Methoxymethyl)pyrrolidin 55.

Es zeigte sich, dass der spezifische Drehwert für kleine Kettenlängen mit der Zahl der

Repetiereinheiten n zunahm und sein Maximum bei n = 14 hatte. Mit weiter steigenden

Werten für n fand man eine stetige Abnahme der spezifischen Rotation. Dies legt nahe,

dass die Reichweite des Einflusses chiraler Startgruppen stark begrenzt ist und die

Verwendung eines chiralen Initiators sich nicht dazu eignet weitgehend einhändig

helicale Polymere herzustellen.

2.3 Phenolische Liganden in der Übergangsmetallkatalyse

Phenole und Phenolderivate sowie Weinsäurederivate sind wichtige Vertreter der

Klasse hydroxyl-funktionalisierter Katalyseliganden. Beispiele von Liganden dieser

Klasse sind Tartrate 56, aus Weinsäure abgeleitete Verbindungen wie TADDOL-

Derivate 57 und axial-chirale Binaphthyl-Derivate wie z.B. BINOL 58 (Abbildung

2.13).[108-110]

OHOH

O

OR2

R1 OH

ArylAryl

OH

Aryl Aryl

OH

OHO

O

RORO

56 57 58

Abbildung 2.13 Wichtige hydroxyl-funktionalisierte Liganden.

Tartrate 56 werden vor allem als Liganden für asymmetrische Oxidationen wie z.B. die

Epoxidierung von Allylalkoholen (Sharpless-Epoxidierung)[111] eingesetzt. TADDOL-

Derivate 57 finden breite Anwendung in der asymmetrischen Synthese, z.B. bei

enantioselektiven nucleophilen Additionen oder Cycloadditionen.[109, 112, 113] BINOL 58

und seine Derivate sind von großer Bedeutung[114] durch die breite Anwendbarkeit als

28


Liganden in asymmetrischen stöchiometrischen und katalytischen Reaktionen wie

Reduktionen, nucleophilen Additionen, Diels-Alder-Reaktionen, En-Reaktionen und

Aldol-Reaktionen.[115-118]

Aus diesem Grund sollten in dieser Arbeit polymere Phenole als Mimetika für BINOL

synthetisiert und auf ihre Eignung als Katalyseligand getestet werden. In folgendem

Kapitel wird der Stand der Forschung zur Synthese und Anwendung von BINOL

dargelegt, die Eigenschaften bekannter polymer-verknüpfter Derivate werden be-

schrieben.

2.3.1 Synthese von BINOL

BINOL 58 wird technisch durch Übergangsmetall-katalysierte oxidative Kupplung von

2-Naphthol 59 hergestellt (Schema 1.2).[119] Als Oxidationsmittel kann Luftsauerstoff

verwendet werden, die Kupplung verläuft fast quantitativ. Durch Racematspaltung mit

(8S,9R)-N-Benzylcinchonidiniumchlorid 60 sind beide Enantiomere mit Enantio-

merenüberschüssen von über 99% zugänglich.[120]

OHOH

OH OHOH

(R)-58 60+

(rac)-58 (S)-5859

N

H

Bn

N

HO

60

(R)-58

1 mol % CuCl(OH) TMEDA

CH2Cl2O2 oder Luft

96 %

60

CH3OH70%

> 99% ee

75%> 99% ee

HCl

Cl

Schema 2.11 Synthese und Racematspaltung von BINOL 58.[120]

Die gezielte enantioselektive Kupplung von 2-Naphthol 59 zu BINOL 58 gelang bisher

nur in geringen Ausbeuten und Enantiomerenüberschüssen.

Unter Verwendung von 10 mol% Kupfer(I)chlorid und 11 mol% Spartein konnten 32%

(S)-BINOL (S)-58 mit einem ee von 18% erhalten werden.[121] Bessere Ergebnisse

wurden bei der Kupplung erhalten, wenn substituierte Naphthole eingesetzt wurden.

29


Verwendet man beispielsweise Methyl-3-hydroxynaphthyl-2-carboxylat 61 in

Gegenwart von (S)-N-Ethyl-N-phenyl-pyrrolidinmethanamin, entsteht das Kupplungs-

produkt 62 in 85% Ausbeute mit einem ee von 78% (Schema 2.12). Durch Verreiben

mit Essigsäureethylester wird das Zwischenprodukt 62 enantiomerenrein erhalten, in

einer vierstufigen Synthese ist eine Überführung in (S)-BINOL (Gesamtausbeute 42%,

ee > 99%) möglich. Durch die Vielzahl nötiger Syntheseschritte wird dieser Weg jedoch

nicht zur Herstellung von enantiomerenreinem BINOL eingesetzt.

OHOH

OH

(S)-5861

11 mol %

CH2Cl2O2, reflux

85 %

70%> 99% ee

10 mol % CuClCO2Me

OHOH

CO2Me

CO2Me

62

NH

NPh

Me

1) NaH, MeI2) KOH, EtOH

3) Cu-Bronze, CuCO3 Chinolin, 180°C4) BBr3, CH2Cl2

78 % eenach Verreiben mit Essigester:> 99% ee, 60 % Ausbeute

Schema 2.12 Enantioselektive Synthese von (S)-BINOL (S)-58.[121]

2.3.2 Asymmetrische Katalysen mit BINOL als Liganden

Ein Beispiel für den Einsatz von BINOL 58 in asymmetrischen Katalysen sind die von

Mikami et al. beschriebenen Diels-Alder-Cycloadditionen mit BINOL-Titan-Komple-

xen.[122] Die Addition von Methacrolein 63 an E-1-Acetoxy-1,3-butadien 64 wird durch

eine Mischung aus Titandichloriddiisopropylat und (R)-BINOL (R)-58 katalysiert, der

Enantiomerenüberschuss beträgt 94% bei einer Ausbeute von 63% (Schema 2.13).

+0.1 äq (R)-58

0.1 äq TiCl2(OiPr)2

25°C, CH2Cl218 h, 63%

63 65

ee = 94%

OAc

CHO CHOO

Ac

64

Schema 2.13 Addition von Methacrolein 63 an E-1-Acetoxy-1,3-butadien 64, katalysiert durch (R)-BINOL (R)-58.[122]

30


Diese Reaktion wurde zur Synthese von Naturstoffen wie z.B. Mevinolin-Derivaten

eingesetzt. Weiterhin wurden mechanistische Untersuchungen zum stereochemischen

Verlauf der Katalyse, zu nicht-linearen Effekten und zum Einfluss von Additiven wie

Molekularsieb durchgeführt.[122]

Eine häufig angewendete Test-Reaktion für BINOL und analoge Derivate ist die

enantioselektive Addition von Organozink-Reagentien an Aldehyde.[123] Die Reaktion

von Diethylzink mit Benzaldehyd 66 wird bespielsweise durch einen Komplex aus (S)-

BINOL (S)-58 und Titantetraisopropylat (Ti(OiPr)4) katalysiert (Schema 2.14).[124, 125]

H

O OH

Et2Zn+

0.2 äq (S)-581.4 äq Ti(OiPr)4

0°C, CH2Cl25 h, quant

66 67ee = 92%

Schema 2.14 Enantioselektive Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66, katalysiert durch (S)-BINOL (S)-58.[124, 125]

Der Alkohol 67 entsteht in quantitativer Ausbeute mit einem Enantiomerenüberschuss

von 92%.[124]

2.3.3 Derivate von BINOL

Trotz der häufig ausgezeichneten Katalyseergebnisse, die mit BINOL 58 erzielt wurden,

gab es auch Reaktionen, bei denen der Ligand nicht erfolgreich einsetzbar war.[126-129]

Als Grund wird die relativ große Entfernung der Quelle der Chiralität von dem

katalytisch aktiven Metallzentrum oder auch dessen geringe sterische Abschirmung

genannt.[127] Dies führte zur Entwicklung einer Vielzahl von Modifikationen, Derivaten

und Analoga.

Ein Beispiel für die Variation der chiralen Cavität ist die zusätzliche Einführung eines

helicalen neben dem bestehenden axialen Chiralitätselement. In der Arbeitsgruppe von

Katz gelang die Synthese eines Bis[5]helicendiol-Liganden ([5]HELOL) 68,[127] der die

Addition von Diethylzink an Benzaldehyd katalysiert (Abbildung 2.14).

31


OH

MeO

MeO

OMe

OMe

HO

68

Abbildung 2.14: Bis[5]helicendiol-Ligand ([5]HELOL) 68.[127]

Der Alkohol 67 entsteht bei der Katalyse mit einem Enantiomerenüberschuss von 81%

mit 93% Ausbeute, ohne dass die Zugabe von Titan-Komplexen notwendig ist. Unter

diesen Bedingungen katalysiert BINOL 58 die Reaktion überhaupt nicht. Dem steht

jedoch die achtstufige Synthese des Liganden als Nachteil gegenüber.

2.3.4 Polymere BINOL-Derivate

Versuche zur Generierung polymerer BINOL-Derivate beeinhalten zumeist die

Derivatisierung und Anknüpfung oder Einpolymerisation in hochmolekulare Träger.

Die Verknüpfung über Acetalisierung an ein Aldehyd-funktionalisiertes Merrifield-Harz

wurde von Lipshutz et al. realisiert (69 in Abbildung 2.15).[130]

OHOH

OO

O

O OHOH

L

L

L = Linker

= quervernetzes Polystyrol

69

70

Abbildung 2.15 Anknüpfung von BINOL-Derivaten an Polystyrol-Festphasen.[130, 131]

32


In der Arbeitsgruppe von Seebach wurden BINOL-Derivate mit mindestens zwei Vinyl-

Gruppen hergestellt (70) und als Quervernetzer bei der Copolymerisation mit Styrol

eingesetzt.[131] Die Beladung des Polymers mit BINOL-Gruppen betrug 0.68 mmol/g für

69 bzw. 0.1 - 0.2 mmol/g für 70. Beide Polymere katalysieren die Titan-vermittelte

Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66, es wurde jeweils ein Enantiomerenüber-

schuss von 80 - 90% erreicht.

Eine gezielte Verwendung stereoregulärer Polymere als chirale Katalyse-Liganden

wurde im Arbeitskreis von Pu ausgearbeitet. Dabei dienten aus Binaphthyl-Einheiten

gebaute Polyarylene als Träger der chiralen Information.[116, 132] Die Polymere wurden

mittels Palladium-katalysierter Suzuki-Kupplung hergestellt. Durch alternierende

Copolymerisation von Binaphthyl-Bausteinen und Monomeren mit Hexyl-Ketten

konnte eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln (Toluol, THF, etc.) erzielt

werden (Abbildung 2.16).

HO OH

HO OH

RO

OR

OR

RO

RO

OR

RO

OR

OR

RO

RO

OR

HO OH

HO OH

R = n-Hexyl R = n-Hexyl

71 72major groove

minorgroove

Abbildung 2.16 Binaphthyldiol-Polyarylene.[116, 132]

Die mit Hydroxyl-Gruppen funktionalisierten Polymere wurden erfolgreich für die

Addition von Dialkylzink-Derivaten an Aldehyde eingesetzt. Im Gegensatz zu mono-

merem BINOL 58 läuft die Reaktion auch ohne Zugabe von Ti(IV)-Lewissäuren ab. Bei

Katalyse durch 71 wird ein Enantiomerenüberschuss von 40% gefunden.[126, 133] Die

relativ geringe Selektivität wird durch die Katalyse an der leicht zugänglichen „major-

groove“-Seite des Polymers erklärt. Durch Zugabe von Ti(OiPr)4 kann der Enantio-

merenüberschuss auf 86% gesteigert werden und liegt damit im Bereich des durch

BINOL erreichbaren Wertes.[134]

33


Die verbesserte Variante 72 bedingt die Bildung eines katalytisch aktiven Zentrums an

der sogenannten „minor-groove“-Seite. Durch den größeren sterischen Anspruch wird

eine höhere Selektivität auch ohne Zusatz von Ti(IV)-Lewissäuren induziert, der

Enantiomerenüberschuss beträgt 94% bei 98% isolierter Ausbeute.[135]

Wichtigste Nachteile bei den axial-chiralen Polyarylenen sind die langwierige enantio-

selektive Synthese der Bausteine und die Notwendigkeit des zusätzlichen Einbaus

flexibler Monomere zur Löslichkeitsvermittlung. Weiterhin wird die chirale Tasche

sowohl durch die axiale Chiralität der Binaphthyl-Einheiten als auch durch die

Überstruktur der Polymerkette beeinflusst. Eine unabhängige Optimierung der Einflüsse

ist nicht möglich.

34

3 Polyalkylisocyanate Prinzipell war der Einsatz aller Klassen polymerisierbarer Isocyanate (Alkyl-, Benzyl-

oder Arylisocyanate) möglich. Auch eine Kombination von Bausteinen der beschriebe-

nen Klassen war denkbar.

Als erstes Testsystem für helicale Liganden fiel die Wahl auf Polyalkylisocyanate, da

diese Polymerklasse gut erforscht ist und etablierte Systeme helicaler Induktion durch

den Einbau chemisch inerter „Sergeant“-Bausteine existieren (siehe Kapitel 2.2).

3.1 Vorversuche zur Polymerisation von Isocyanaten mit NaCN als Initiator

Da im Arbeitskreis Reggelin bislang keinerlei Erfahrung mit der Polymerisation und

Charakterisierung von Polyisocyanaten bestand, sollten zuerst die Techniken anhand

der Darstellung bekannter Polyisocyanate etabliert werden. Weiterhin wird in der

Literatur nicht beschrieben, ob eine Copolymerisation von Alkyl- mit Benzyl- oder

Arylisocyanaten möglich und ob ggf. ein „Sergeants and Soldiers“-Effekt auch bei

Mischung dieser Bausteine vorhanden ist. Dies war durch entsprechende Vorversuche

zu klären.

Als „Sergeant“ wurde (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat ((R)-DMHIC) 15 aus ver-

schiedenen Gründen ausgewählt:

• Literaturbekannte Synthese- und Polymerisationstechniken

• Starke chirale Induktion der helicalen Überstruktur in Copolymeren

• Abwesenheit reaktiver funktioneller Gruppen

• Gute Löslichkeit der Polymere in organischen Lösungsmitteln.

Das Isocyanat (R)-DMHIC 15 wurde entsprechend den Literaturangaben hergestellt

(Schema 3.1).[87, 136-138] Die erzielten Ausbeuten entsprachen den Literaturwerten, bei

der Überführung des Säurechlorids 75 in das Isocyanat 15 konnte eine Verbesserung

von 64% auf 93% durch modifizierte Reaktionsführung (Absenkung der Temperatur

von 110°C auf 70°C bei verlängerter Reaktionszeit) erzielt werden.

35

3 Polyalkylisocyanate

H

O

H O

OHH

N C O1) HCl (Gas) 0°C

2) 5 % NaOH

1) H2 - Pd/C TMS-N3

70°C, 16hToluol

H O

Cl

2) (COCl)2

(R)-Pulegon

15

(R)-DMHIC

61% 89% 93%757473

Schema 3.1 Synthese von (R)-DMHIC 15 entsprechend den Literaturangaben.

Im Hinblick auf die spätere Copolymerisation von Monomeren mit Arylgruppen wurde

ausschließlich die anionische Initiierung der Polymerisation erprobt. Titan-vermittelte

Initiierungen sind ungeeignet, da die Titan-Spezies durch Aryl-Gruppen zersetzt werden

(siehe Kapitel 2.2.2).

Das chirale Isocyanat 15 wurde mit n-Hexylisocyanat (HexIC) 37 (Molverhältnis

15/37 : 37/63) nach bekannten Protokollen mit NaCN in DMF copolymerisiert (Schema

3.2).[87, 94]

DMF, -65°C

N C O N

O

CN

O

m+N

H

nN C O

NaCN

37 15 p(37-co-15)

81%

Schema 3.2 Copolymerisation von HexIC 37 und (R)-DMHIC 15.

Der resultierende spezifische Drehwert [ = -486.43 stimmte ungefähr mit den

Literaturwerten für entsprechende Copolymere ab 15 mol% 15-Anteil ([ = -493)

überein.

25]Dα

20]Dα[87] Auch der Wert für das ebenfalls hergestellte Homopolymer aus (R)-DMHIC

p15 ([ = -473.38) liegt im gleichen Bereich. Damit war diese Methode zur

Polymerisation der Alkylisocyanate etabliert.

25]Dα

Als Liganden sollten phenolische Hydroxylgruppen eingeführt werden; der Einbau

sollte durch Anknüpfung 3-hydroxyl-substituierter Phenyl-Einheiten realisiert werden.

Die Substitution in meta-Stellung bietet gegenüber der ortho-Substitution einen

geringeren sterischen Anspruch, was wichtig für die Polymerisierbarkeit der Monomere

36


sein kann. Eine para-Substitution würde die Ligandierungsstellen abgewandt von dem

helicalen Rückgrat positionieren, dies erscheint im Hinblick auf die gewünschte

Komplexierung unter dem Einfluss der Helix ungünstig. Für die Realisierung erschien

es zunächst naheliegend, hydroxyl-funktionalisierte Benzyl- oder Phenylisocyanate mit

(R)-DMHIC 15 zu polymerisieren (Abbildung 3.1).

Init.

O

Nn

OH

x x = 0: Polyarylisocyanat

x = 1: Polybenzylisocyanat

x = 2,3,...: Polyalkylisocyanat

Abbildung 3.1 Schematische Zeichnung denkbarer 3-(Hydroxyphenyl)isocyanatbausteine mit 0 (Polyarylisocyanat), 1 (Polybenzylisocyanat) oder mehr (Polyalkylisocyanat) Methylengruppen als Spacer.

Zur Beantwortung der Frage, ob es „Sergeants and Soldiers“-Effekte bei Polymeren aus

gemischten Alkyl- und Aryl- bzw. Benzylisocyanaten gibt, sollten im Vorfeld ent-

sprechende Modell-Polymere ohne Donorgruppen hergestellt werden.

Die Polymerisation von Phenylisocyanat mit elementarem Natrium in DMF ist bereits

beschrieben, das Polymer konnte aufgrund seiner Unlöslichkeit jedoch nicht analysiert

werden.[63, 139] Copolymere von Phenylisocyanat mit Alkylisocyanaten sind bislang

noch nicht bekannt.[48] Die Copolymerisation von Phenylisocyanat (PhIC) 39 mit (R)-

DMHIC 15 sollte mit NaCN als Initiator durchgeführt werden (Schema 3.3).

DMF, -65°C

NaCNC O+

N C O

39 15

N

Schema 3.3 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 mit (R)-DMHIC 15.

Es konnte kein Polymer gefällt werden; wie die Analyse der Lösung zeigte, lagen beide

Bausteine als Methanolyseprodukt (Methylcarbamate) vor. Dies deutet darauf hin, dass

ein Großteil der Isocyanate unter den Polymerisationsbedingungen nicht umgesetzt,

sondern erst beim Abbruch mit Methanol solvolysiert wurde.

37


Das einzige literaturbekannte Beispiel zur Copolymerisation eines benzylischen

Isocyanates war die 1979 von Aharoni beschriebene Herstellung von Poly-(n-butyl-co-

p-anisolmethyl)isocyanat.[139] Benzylisocyanat (BnIC) 76 selbst lässt sich anionisch

polymerisieren, die Analytik ist aufgrund der Unlöslichkeit des Produktes sehr

eingeschränkt.[63, 139] Ein Copolymer aus Benzylisocyanat 76 mit (R)-DMHIC 15 ist

nicht in der Literatur beschrieben. Die Polymerisation wurde nach dem beschriebenen

Protokoll mit NaCN in DMF durchgeführt (Schema 3.4).

DMF, -65°C

NaCNN C O N

OH

CNn+

N C O

76 15p15

22%

Schema 3.4 Copolymerisationsversuch von BnIC 76 mit (R)-DMHIC 15.

Der in 22% Ausbeute erhaltene Niederschlag bestand laut NMR-spektroskopischer

Analyse aus dem Homopolymer p15, es sind keinerlei Benzylgruppen eingebaut

worden.

Die in diesem Kapitel beschriebenen Ergebnisse legten nahe, bei Einsatz eines Alkyl-

„Sergeants“ wie (R)-DMHIC 15 zur Induktion der Helix ebenfalls Alkylisocyanate als

„Soldier“-Bausteine zu verwenden. Falls Derivate von Benzyl- oder Arylisocyanaten als

„Soldiers“ verwendet werden sollten, müsste eine andere Polymerisationstechnik und

ein anderer chiraler „Sergeant“ als (R)-DMHIC 15 eingesetzt werden.

3.2 Synthese und Polymerisation von Alkylisocyanaten

Als Spacer zwischen dem polymeren Rückgrat sollte eine kurze Alkylkette eingesetzt

werden. Eine Methyleneinheit scheidet wegen der in Kapitel 3.1 beschriebenen

Ergebnisse (keine Copolymerisation des Alkyl-Isocyanats (R)-DMHIC 15 mit Benzyl-

isocyanat 76 bei Initiierung mit Natriumcyanid) aus, daher bot sich an, eine Ethylen-

Einheit als Spacer einzusetzen. Der relativ flexible Linker ist weiterhin geeignet, die

konformative Freiheit der Liganden zu erhöhen. Daher sollte die bidentate

Komplexierung eines Zentralatomes durch zwei Bausteine im Polymer möglich sein.

38


Das Polymer sollte also aus 2-(3-Hydroxy-phenyl)-ethylisocyanat-(3HOPEIC)-

Bausteinen bestehen (Schema 3.5).

HO

LL

HO

LL L

HO

L

O

nN

OH

p77OHOHOHOHOHOH

L = Ethylen

Schema 3.5 Plan zu Realisierung eines helicalen poly-phenolischen Liganden durch poly-(3HOPEIC) p77.

Auf die Synthese und Testpolymerisation eines entsprechenden unfunktionalisierten

Modellisocyanates wurde verzichtet, da die Copolymerisation zweier Alkylisocyanate

hinlänglich beschrieben ist. Zur anionischen Polymerisation des funktionalisierten

Isocyanates musste die Hydroxylgruppe mit einer basenstabilen Schutzgruppe blockiert

werden. Dazu wurde geplant, das Phenol als Trimethylsilylether zu schützen, da dieser

leicht unter sauren Bedingungen gespalten werden kann.[140]

OH

COOH

OH

COOH

OTMS OTMS

N C OO OTMS

H2-Pd/C

EtOAc

93 %

TMS-Cl, EtMe2N

Toluol, 110°C

88 %

1) SOCl2, CH2Cl2

2) TMS-N3, Toluol

68 % (2 Stufen)78 79 80 81

Schema 3.6 Syntheseweg zu 3TMSOPEIC 81.

Nach Literaturbedingungen wurde zuerst die olefinische Doppelbindung von 3-

Hydroxyzimtsäure 78 hydriert (Schema 3.6).[141] Die gleichzeitige Schützung von

Phenolen und Carbonsäuren ist ebenfalls in der Literatur bereits beschrieben,[142] nach

entsprechenden Protokollen wurde 79 in den Trimethylsilylester und -ether 80 über-

führt. TMS-Ester sind reaktiver als entsprechende Ether, daher sollte die selektive

Aktivierung der Säuregruppe möglich sein.[140] Dies gelang durch Umsetzung von 80

mit 1.3 äq Thionylchlorid bei 40°C,[142] der Umsatz wurde NMR-spektroskopisch

überprüft. Das entstandene Säurechlorid wurde direkt mit TMS-N3 (hergestellt nach

Literaturangaben[53]) über das Säureazid in das Isocyanat-Monomer 3TMSOPEIC 81

39


überführt. Die Gesamtausbeute des nicht literaturbekannten Isocyanats betrug, ausge-

hend von 3-Hydroxyzimtsäure 78, 56% über vier Stufen.

Die anionische Polymerisation von 3TMSOPEIC 81 gelang nach der in Kapitel 2.2.2

beschriebenen Methode durch Initiierung mit NaCN in DMF (Schema 3.7).

DMF, -65°C

NaCN

OTMS

N C O CN

O

NH

n

OTMS

81 p81

64%

Schema 3.7 Homopolymerisation von 3TMSOPEIC 81.

Die Ausbeute des Polymers betrug nach Fällen aus Methanol 64%. Zur Ermittlung der

Molmasse wurden GPC-Analysen durchgeführt, die Kalibrierung erfolgte, wie in der

Literatur beschrieben, mit Polystyrol-Standards.[103] Ein Umrechnungsfaktor für die

Berücksichtigung langer, steifer Ketten wurde aufgrund der relativ geringen mittleren

Kettenlänge nicht mit einbezogen.[102]

Die mittlere Molmasse betrug Mn = 24400 g mol-1, dies entspricht einer Polymer-Kette

aus ca. 100 Bausteinen. Obwohl das Polymer bereits kurz nach der Initiierung ausfiel

und die Polymerisation nicht lebend verlief, war der Polydispersitätsindex (PDI = 2.59)

relativ gering. Weiteres Umfällen aus Methanol führte zur Verminderung der Ausbeute

auf 22%, da die TMS-Gruppen teilweise abgespalten wurden und das Polymer

Methanol-löslich wurde.

Aufgrund der offensichtlichen Labilität der Silylgruppen wurde auf Tests zur vollstän-

digen Entschützung verzichtet und direkt die Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81

mit (R)-DMHIC 15 durchgeführt (Schema 3.8). Die Ausbeute an p(81-co-15) betrug

70%, durch GPC wurde eine mittlere Molmasse der Polymerketten von Mn = 34300 g

mol-1 (175 Bausteine) bei einem PDI von 2.84 bestimmt.

40


DMF, -65°C

NaCN

OTMS

N C O N

O

CN

O

mN

H

n

OTMS

+N C O

81 15 p(81-co-15)

70%

poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC)3TMSOPEIC (R)-DMHICm/n = 41/59

Schema 3.8 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15.

Das eingesetzte molare Monomer-Verhältnis von 41:59 (3TMSOPEIC:(R)-DMHIC)

wurde, wie durch 1H-NMR-Spektroskopie nachweisbar ist, auch im Polymer gefunden.

Dies geschah durch den Vergleich der Aromaten-Signale von 3TMSOPEIC 81 mit den

aliphatischen Protonen von (R)-DMHIC 15, die im Bereich zwischen δ = 0.6–1.7 ppm

liegen (Abbildung 3.2).

OTMS

THFTHF

Aromat

CH , CH(( )-DMHIC)

2 3

R

N

O

CN

O

mN

H

n

OTMS

Ethylen-Brücke, N-CH2

m/n = 41/59

3 P1245678 0

CH

PM

Abbildung 3.2 1H-NMR-Spektrum von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) (300 MHz, 298 K, CDCl3).

Der spezifische Drehwert des Polymers ist mit [ = -360.27 (c = 0.073 in CHCl25]Dα 3)

trotz des hohen „Sergeant“-Anteils von ca. 59 mol% um ca. 30% geringer als der des

Homopolymers poly-(DMHIC) p15. Durch die Gewichtung des spezifischen Dreh-

41


wertes mit der Masse ist eine Abnahme des spezifischen Drehwertes bei Einbau von

Bausteinen mit höherer Molmasse plausibel. Im CD-Spektrum konnte eine Bande mit

der molaren Elliptizität θ = -28923 mdeg m2 mol-1 bei 253 nm (in THF) gefunden

werden. Dieser Wert liegt ebenfalls ca. 30% unter dem Wert von reinem poly-(DMHIC)

p15 von θ = -41138 mdeg m2 mol-1 bei 253 nm. Dies legt die Vermutung nahe, dass

poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) zwar überwiegend, aber nicht vollständig in einer

Helix-Konformation vorliegt.

Zur Abspaltung der TMS-Gruppen wurde das Polymer mit TFA/H2O 9/1 behandelt;

diese stark aciden Bedingungen wurden gewählt, um eine vollständige Entschützung zu

gewährleisten. Das Polymer wurde aus Diethylether gefällt, zusätzlich durch Dialyse in

THF (Ausschlussgrenze des Dialyseschlauches: 1200 g mol-1) von niedermolekularen

Bestandteilen gereinigt und in 68% Ausbeute gewonnen. Die mittlere Molmasse des

Polymers ist gegenüber dem geschützten Derivat deutlich reduziert (Mn = 9929,

PDI = 1.83, DP = 55), dies weist auf eine teilweise Spaltung der Polymerketten hin. Der

spezifische Drehwert ist weitgehend unverändert [ = -345.00 (c = 0.1 in THF), bei

reduzierter molarer Elliptizität (θ = -18963 mdeg m

25]Dα2 mol-1 bei 253 nm in THF), wie in

Abbildung 3.3 erkennbar ist.

200 250 300 350 400

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

λ [nm]

p co(81- -15)

p co(77- -15)

θmax= -28923 mdeg m mol 2 -1


θ[

deg

m2m

ol-1]

m

Abbildung 3.3 CD-Spektren von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) und poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15).

Da das Polymer in CDCl3 nicht mehr löslich ist, wurden NMR-Spektren in THF-d8

aufgenommen. Diese zeigen klar die Abspaltung der TMS-Gruppe (Fehlen des Signals

42


bei δ = 0.1 ppm) und das Auftreten eines Signals bei δ = 8.1 ppm, das der phenolischen

Hydroxyl-Gruppe zugeordnet wurde (Abbildung 3.4).

N

O

CN

O

mN

H

n

OH

OTMS ab-gespalten

THF

THFm/n = 41/59

Abbildung 3.4 1H-NMR-Spektrum von poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15) (300 MHz, 298 K, THF-d8).

Trotz des teilweisen Polymerabbaus können die TMS-Gruppen also unter sauren

Bedingungen vollständig entfernt werden, ohne dass es zu einer Racemisierung der

Helix kommt. Daher wurde das Copolymer für erste Katalysetests eingesetzt.

3.3 Einsatz der Polyalkylisocyanate in Katalysetests

Als Modellsysteme sollten Lewissäure-Katalysen mit Komplexen des Polymers poly-

(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) zum Einsatz kommen. Als Zentralatom für den Komplex

schien Titan besonders geeignet, da viele Titan-Komplexe mit Sauerstoff-tragenden

Liganden ausgezeichnete asymmetrische Katalysatoren sind (siehe Kapitel 2.3.3).

Es gibt verschiedene Methoden zur Komplexierung von Titan, zunächst wurde eine

komplexierende Schutzgruppen-Abspaltung zur direkten Generierung eines TiCl2-

Komplexes gewählt.[143] Dazu wurde poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) mit TiCl4

(0.5 äq pro OTMS-Gruppe) versetzt (Schema 3.9).

43


N

O

CN

O

N

O

O

NH

OTi

ClCl

p(82-co-15) TiCl2

m n oN

O

CN

O

N

O

O

NH

O

p(81-co-15)

m n o

SiMe3 SiMe3

TiCl4

-Me3SiCl

CH2Cl2-50°C -> RT

Schema 3.9 Komplexierung von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) mit TiCl4.

Der bei der Reaktion entstehende orangerote Niederschlag wurde getrocknet und direkt

als Katalysator eingesetzt. Um sicher zu stellen, dass kein Abbau des Polymer stattfand,

wurde ein Teil des Niederschlages hydrolysiert. Das in THF-d8 aufgenommene

Spektrum entspricht dem von poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC). Eine Komplexierung

der Titanatome an den Carbonyl-Gruppen des Polymerrückgrates erscheint aus

sterischen Gründen nicht möglich. Um dies zu bestätigen, wurde ein entsprechender

Komplexierungsversuch mit poly-(R)-DMHIC p15 durchgeführt; das Ausbleiben der

Farbänderung zeigt, dass eine Komplexierung analog dem Liganden p(81-co-15) nicht

möglich ist.

Die Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 mit Methacrolein 64 wurde als erstes

Testsystem ausgewählt, da die Reaktanden sehr klein sind und eine Annäherung an das

Titan-Zentrum selbst in der sterisch anspruchsvollen Umgebung einer Helix möglich

sein sollte. Die Reaktion wurde in der Literatur bereits mit mehreren Katalysesystemen

beschrieben,[144-146] die einzige bekannte Katalyse durch einen BINOL-TiCl2-Komplex

ergab allerdings nur einen ee von 16%.[147]

Beim Katalyseversuch mit dem Polymerkomplex p(82-co-15)·TiCl2 ergab sich weder

bei -20°C noch bei Raumtemperatur Umsatz zum Diels-Alder-Produkt 84 (Schema

3.10)

-20°C -> RT

CH2Cl2

kat. p(82-co-15) TiCl2O

CHO+

83 64 84

Schema 3.10 Katalysetest mit p(82-co-15)·TiCl2: Reaktion von Cyclopentadien 83 mit Methacrolein 64.

44


Dies kann verschiedene Ursachen haben: einerseits ist der Komplex in CH2Cl2 nicht

löslich, andererseits ist eventuell eine Annäherung beider Reaktionspartner an den

Komplex erschwert.

Um die Reaktivität zu erhöhen, sollte ein System herangezogen werden, bei dem das

Dien und das Dienophil Möglichkeiten zur Koordination an eine Lewissäure haben. Ein

Beispiel für ein derartiges System, die Reaktion von Methacrolein 64 mit E-1-Acetoxy-

1,3-butadien 63, wurde von Mikami et al. beschrieben (siehe Kapitel 2.3.2).[122] Der

Katalysator, ein BINOL-TiCl2-Komplex, wird dabei durch Umacetalisierung von

TiCl2(OiPr)2 (hergestellt nach Literaturvorschrift[148]) mit freiem BINOL 58 hergestellt

(Schema 3.11).[122, 148]

TiCl2(OiPr)2

CH2Cl2

OHOH

OO- HOiPr

TiCl

Cl

58

Schema 3.11 Herstellung eines BINOL-TiCl2-Komplexes nach Mikami et al.[122, 148]

Die Reaktion kann durch Zugabe von Molekularsieb beschleunigt werden, dies ist aber

nicht zwangsläufig notwendig. Um ein Anhaften des polymeren Katalysators an der

Oberfläche des Molekularsiebs auszuschließen, wurde auf dessen Zusatz bei der

Reaktion verzichtet. Die Katalyse wurde analog den Literaturbedingungen mit dem in

situ hergestellten Katalysator-Komplex aus dem entschützten Copolymer von poly-

(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) durchgeführt (Schema 3.12).[122]

+

0.2 äq p(77-co-15)

0.1 äq TiCl2(OiPr)2

3 d

7.7%63 65

ee = 0%

OCHO

CHO

O

64

Toluol/THF 3/1

endo/exo = 96/4

O O

Schema 3.12 Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und Methacrolein 64, katalysiert durch p(82-co-15)·TiCl2.

45


Der orangefarbene Komplex p(82-co-15)·TiCl2 war in Toluol nicht löslich, demzufolge

war nach 16 Stunden kein Umsatz erkennbar. Nach Zugabe von THF ging der Komplex

vollständig in Lösung, zeigte aber weiterhin nur geringe katalytische Aktivität. Das

Produkt wurde nach drei Tagen in einer Ausbeute von nur 7.7% isoliert. Es lag zu 96%

als endo-Isomer (Lit.: 99%) vor, die Messung des spezifischen Drehwertes ergab, dass

das Produkt racemisch anfiel (Lit.: ee = 94%).

Der langsame Umsatz und die fehlende chirale Induktion lassen an der Eignung des

Komplexes für diese Art Katalyse zweifeln. Daher sollte ein anderer Komplex und ein

anderer Typ asymmetrischer Modellkatalysen getestet werden. Hierbei bot sich die

enantioselektive Addition von Diethylzink an Benzaldehyd an, da diese Reaktion gut

erforscht ist und eine Standard-Testreaktion für chirale, phenolische Liganden darstellt

(siehe Kapitel 2.3.3).

Die Katalyse wurde analog den Literaturbedingungen durchgeführt, dabei wurde der

katalytisch aktive Komplex p(82-co-15)·Ti(OiPr)2 durch Zugabe eines großen Über-

schusses Ti(OiPr)4 zu dem Liganden p(77-co-15) in situ generiert (Schema 3.13).[124, 125]

H

O OH

Et2Zn+

p(77-co-15)

Ti(OiPr)4

66 (R)-67

CH2Cl2

Schema 3.13 Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert durch p(82-co-15)·Ti(OiPr)2.

Der orangefarbene Komplex p(82-co-15)·Ti(OiPr)2 war in Dichlormethan teilweise

löslich und zeigte eine deutliche katalytische Aktivität. Nach 16 Stunden konnte das

Produkt mit einer Ausbeute von 67% bei einem Enantiomerenüberschuss von 7.8% des

(R)-Enantiomeren isoliert werden (#1, Tabelle 3.1).

Um auszuschließen, dass das überschüssige Ti(OiPr)4 selbst die Addition katalysiert,

wurde ein analoger Versuch ohne Zusatz eines Liganden durchgeführt (#3, Tabelle 3.1).

Der Umsatz betrug nur 34% nach 168 Stunden, daher sollte diese Hintergrundreaktion

lediglich einen geringen Einfluss auf die Katalyseergebnisse haben.

46


Tabelle 3.1: Ergebnisse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert durch den Komplex aus p(77-co-15) und Ti(OiPr)4

[a].

N

O

CN

O

mN

H

n

OH

p(77-co-15)

# DS Ligand

[äq]

Ti(OiPr)4

[äq]

Et2Zn

[äq]

T [°C] Zeit

[h]

Ausbeute

[%]

ee

[%]

Konfig. des

Produktes

1 242 0.1 1.4 3 25 16 67 7.8[c] R

2 246 0.067 0.5 1.7 -20 bis 25 88[b] 85 5.4[d] R

3 416 - 1.4 3 25 168 34 - - [a] Der Katalysator wurde durch Mischen des Liganden p(77-co-15) mit Ti(OiPr)4 in CH2Cl2 bei 25°C für

1 h und anschließendem Evakuieren hergestellt. [b] 16h bei –20°C, 4 h bei 0°C, 68 h bei 25°C

[c] Bestimmt durch Vergleich des spezifischen Drehwertes mit Literaturwerten. [d] Bestimmt durch Gas-

chromatographie mit einer chiralen Säule.

Zur Optimierung der chiralen Induktion wurde die Reaktionstemperatur herabgesetzt,

weiterhin wurde die Menge des Liganden (6.7 mol% OH-Gruppen bezüglich PhCHO)

reduziert (#2, Tabelle 3.1). Dabei stellte sich heraus, dass weder bei –25°C noch bei 0°C

Umsatz erfolgte, erst bei Raumtemperatur fand die Katalyse statt. Nach insgesamt 88

Stunden betrug die Produktausbeute 85% bei einem ee von 5.4%. Die tiefere Tempe-

ratur führte aufgrund fehlender Aktivität zu keiner Verbesserung der chiralen Induktion.

47


3.4 Schlussfolgerungen

Es wurden Titan-Komplexe des polymeren, phenolischen Liganden p(77-co-15) bei

Katalysetests in situ hergestellt (Abbildung 3.5).

N

O

CN

O

N

O

O

NH

OTi

RR

p(82-co-15) TiR2

R = Cl bzw. OiPr

m n o

Abbildung 3.5 Komplexe aus dem polymeren Liganden p(77-co-15) mit R = Cl oder R = OiPr.

Die polymeren Komplexe p(82-co-15)·TiCl2 eignen sich jedoch nicht als asym-

metrische Katalysatoren für die getesteten Diels-Alder-Reaktionen. Sie wiesen keine

bzw. nur sehr geringe katalytische Aktivität auf. Dies kann u.a. an der relativ geringen

Löslichkeit des Komplexes in Dichlormethan liegen, nach Zugabe von THF ist ggf. eine

Senkung der Lewis-Acidität durch Koordination des Lösungsmittels möglich.

Da zugängliche Titan-Zentren als Lewissäuren die Diels-Alder-Reaktion zumindest

stereounspezifisch katalysieren sollten, liegt die Schlussfolgerung nahe, dass eine

Desaktivierung durch sterische Abschirmung stattfindet. Falls die Komplexierung das

Metallzentrum zwischen den Seitengruppen und dem helicalen Rückgrat einschließt

(Abbildung 3.6), kann die Annäherung eines Substrates sterisch erschwert oder

vollständig unterbunden sein.

OTi

O

N N

R R O OTi

RR NN

Abbildung 3.6 Modelle für die Abschirmung des Titanzentrums durch die flexiblen Ligand-Seitenketten bei poly-(3HOPEIC) p82.

48


Die konformationelle Flexibilität des Ethylen-Spacers lässt offenbar eine Abschirmung

des Komplexes durch die Liganden zu. Um diese Möglichkeit der Einkapselung zu

unterbinden, scheint eine weniger flexible Verknüpfung der Liganden an der Seitenkette

mit dem Polymer geeignet.

Der Komplex p(82-co-15)·Ti(OiPr)2 katalysiert die Addition von Diethylzink an

Benzaldehyd, es wird jedoch nur ein geringer Enantiomerenüberschuss im Katalyse-

produkt (ee bis 7.8%) erzielt. Auch die katalytische Aktivität war niedriger als bei

Verwendung von BINOL 58 und vielen niedermolekularen Liganden. Die vollständige

Desaktivierung des Katalysators durch die beschriebene umschließende Komplexierung

scheint in diesem Fall nicht stattzufinden, als Ursache könnte der höhere sterische

Anspruch der Isopropoxy-Gruppen gegenüber den Chloratomen aufgeführt werden.

Das Problem der geringen chiralen Induktion bei den Katalysen ist offenbar auf den

beschränkten Einfluss der helicalen Überstruktur auf die Mikroumgebung am kataly-

tisch aktiven Zentrum zurückzuführen. Um diesen Einfluss zu erhöhen, bietet sich eine

verminderte Entfernung der Metallbindungsstellen vom polymeren Rückgrat an.

Sowohl um den Abstand der Donoratome von dem Rückgrat zu reduzieren, als auch um

eine möglichst starre Anknüpfung der ligandentragenden Seitengruppen zu ermögli-

chen, muss der Ethylen-Spacer ersetzt werden. Eine Möglichkeit wäre seine Substitu-

tion durch eine Methyleneinheit (p85 in Abbildung 3.7); eine andere Möglichkeit

besteht darin, die Aryleinheit direkt an das Isocyanat zu binden (p86).

Init.

O

Nn

OH

p86

Init.

O

Nn

OHp85

?

Init.

O

Nn

OHp77

Abbildung 3.7 Mögliche Polymere als Ersatz für poly-(3HOPEIC) p77: p85 oder p86.

49


Im ersten Fall (p85) handelt es sich um ein Polybenzylisocyanat. Wie in Kapitel 3.1

bereits erläutert, sind bislang keine helicalen Polymere von Benzylisocyanat-Derivaten

bekannt. Der bereits durchgeführte Versuch zur Copolymerisation mit (R)-DMHIC 15

in DMF ergab ebenfalls keinen Einbau des Benzylisocyanates (Schema 3.4).

Der zweite Fall (p86) erfordert die Generierung eines helical chiralen Polyarylisocya-

nates. Die Copolymerisation von Phenylisocyanat 39 mit (R)-DMHIC 15 war ebenfalls

nicht möglich, allerdings sind von Arylisocyanaten bereits einige Copolymere mit

helicaler Überstruktur bekannt (siehe Kapitel 2.2).

Daher sollte im Folgenden die Synthese eines Polyarylisocyanates mit Bausteinen vom

Typ 86 und einer geeigneten chiralen Induktionsquelle durchgeführt werden.

50

4 Polyarylisocyanate Bei den Polyarylisocyanaten ist die Aryleinheit direkt an das Polymerrückgrat gebun-

den. Im Gegensatz zu den Polyalkylisocyanaten sind keine konformationellen Freiheits-

grade durch den Spacer vorhanden, daher war unklar, ob sich die Hydroxylgruppen

zwischen zwei Bausteinen eines Polymers vom Typ poly-(3HOPIC) p86 annähern

können (Abbildung 4.1).

N

OH

N

HO

N

OH

N

HO

N

OH

N

HO

N

OH

N

HO

N

O

n

p86OH

=?

Abbildung 4.1 Schematische Darstellung von poly-(3HOPIC) p86.

Da eine ausreichende Annäherung Voraussetzung für die überbrückende Komplexie-

rung ist, wurden zur Abschätzung der strukturellen Verhältnisse im Polymer zunächst

Kraftfeldrechnungen durchgeführt.

4.1 Molecular Modelling von Oligo(phenylisocyanaten)

Für die Kraftfeldrechnung wurden Hexadecamere von 3HOPIC 86 als Substitut für die

entsprechenden Polymere mit der Software Macromodel 7.1 der Firma Schrödinger[149]

aufgebaut.

Die Rückgratwinkel der Polymerkette wurden aus den Modelling-Arbeiten von Green

und Lifson zur Konformation von Poly-n-butylisocyanat entnommen,[79] da für

Arylisocyanate keine Daten verfügbar waren. Aus den Diederwinkeln ϕ = +176°,

ψ = -56° ergab sich eine rechtsgängige Helix (P-Helix in Schema 4.1).

51

4 Polyarylisocyanate

Die Monte-Carlo-Rechnung[150] wurde unter Verwendung folgender Parameter

durchgeführt:

• Kraftfeld: MM3*

• Konformationell freie Bindungen: Alle C-N- und C-O-Bindungen der

Seitengruppen

• Anzahl der Berechnungsschritte: 20000 (mit jeweils 500 Energieminimierungs-

Schritten)

NC

O

C

OH

N

C

OH4.311

3.8713.764

Monte-Carlo

Simulation(MM3*)

(86)16

= +176° = -56°

15

Schema 4.1 Monte-Carlo-Simulation (MM3*) eines Hexadecameren von (3HOPIC) 8616.

Die Rechnungen ergaben, dass sich die Sauerstoffatome der Hydroxyl-Gruppen zweier

Bausteine über eine Helix-Windung auf bis zu 3.8 Å annähern können.

Die analoge Rechnung mit dem Referenzliganden BINOL 58 ergibt ebenfalls einen O-

O-Abstand von 3.8 Å (Schema 4.2), weiterhin entspricht dieser Abstand dem kristal-

lographisch ermittelten Literaturwert im Festkörper.[151]

3.805HO OH Monte-Carlo

Simulation

(MM3*)

( )-58R

Schema 4.2 Monte-Carlo-Simulation (MM3*) von (R)-BINOL (R)-58.

Diese Resultate zeigen, dass Poly(3-hydroxy-phenylisocyanat) poly-(3HOPIC) p86 sich

als Ligand zur Komplexierung von Übergangsmetallen eignen sollte. Da die Donor-

atome sehr dicht am Rückgrat liegen, ist ein Einfluss der Rückgrat-Überstruktur auf die

52


Mikroumgebung der Komplexe anzunehmen. Dies ist wesentliche Vorausetzung für

eine chirale Induktion der Überstruktur bei Katalysen.

4.2 Synthese und Polymerisation von Arylisocyanaten

4.2.1 Vorversuche zur Polymerisation von Isocyanaten mit Lithium-Piperidid als Initiator

Bevor Monomere zur Darstellung von poly-(3HOPIC) p86 gesucht wurden, sollten

entsprechend der Vorgehensweise bei den Alkylisocyanaten zuerst Vorversuche zur

Polymerisation durchgeführt werden. In der Literatur wurden substituierte Arylisocya-

nate mit Lithiumpiperidid als Initiator polymerisiert, dabei konnte die Kettenlänge

gesteuert und ein niedriger PDI erzielt werden (siehe Kapitel 2.2.2). Daher sollte diese

Methode auch in dieser Arbeit zur Darstellung der Polyarylisocyanate herangezogen

werden.

Bislang war die Initiierung mit Lithiumpiperidid für das Alkylisocyanat (R)-DMHIC 15

noch nicht bekannt, aber da das entsprechende Polymer in dieser Arbeit bereits nach der

NaCN-Methode hergestellt wurde, sollte es zu Vergleichszwecken auch nach dieser

Methode synthetisiert werden. Dazu polymerisiert man (R)-DMHIC 15 als Modell-

Verbindung mit Lithiumpiperidid ([M]/[I] : 50/1) in THF (Schema 4.3).

N

OH

NnN C O

NLi

THF, -95°C

64%

15 p15

Schema 4.3 Polymerisation von (R)-DMHIC 15 mit Lithiumpiperidid als Initiator.

Das Polymer p15 wurde in 64% Ausbeute erhalten. Die GPC-Analyse (Abbildung 4.2)

ergab für die Lithiumpiperidid-Methode eine wesentlich kürzere mittlere Kettenlänge

und einen geringeren PDI (Mn = 16434, PDI = 3.28) als bei der klassischen Polymerisa-

tion mit Natriumcyanid.

53


NaCN-Methode

Li-Piperidid

0 5 10 15 20 25 30

0

10000

20000

30000

40000

50000

Trimer

ToluolUV

[Abs

.]

Zeit [min]

NaCN-Methode: NaCN-Methode: M = 65381PDI = 7.88DP = 386

n

Li-Piperidid: M = 16434PDI = 3.28DP = 97

n

Abbildung 4.2 GPC-Elugramme von p15 polymerisiert mit NaCN bzw. Li-Piperidid als Initiator.

Der gemessene Polymerisationsgrad (DP = 97) ist doppelt so hoch wie durch das

Monomer zu Initiator-Verhältnis ([M]/[I] : 50/1) erwartet. Auch für den Polydisper-

sitätsindex (PDI = 3.28) wurden nicht, wie für Arylisocyanate literaturbeschrieben,

Werte unter zwei erreicht;[70] dennoch ist der Wert deutlich besser als bei der Natrium-

cyanid-Methode (PDI = 7.88). Interessanterweise sind die spezifischen Drehwerte der

beiden Polymere praktisch identisch (NaCN-Methode: [ = -473.38, Lithium-

piperidid-Methode: = -473.82), obwohl laut Ising-Modell für den Bereich bis

1000 Bausteine eine Abhängigkeit von der Kettenlänge postuliert wird (siehe Kapitel

2.2.3).

25]Dα

25][ Dα

Prinzipiell sind also Alkyl- und Arylisocyanate durch eine Initiierung mit Lithium-

piperidid polymerisierbar. Daher sollte probiert werden, ob im Gegensatz zur NaCN-

Methode Copolymere aus Alkyl- und Arylisocyanaten herstellbar sind. Analog dem in

Kapitel 3.1 beschriebenen Experiment wurde die Polymerisation von Phenylisocyanat

39 und (R)-DMHIC 15 mit Lithiumpiperidid initiiert.

Bei der Reaktion fiel sofort ein Polymer aus, eine lebende Polymerisation findet im

Allgemeinen nur bei homogener Reaktionsführung statt und war daher nicht zu

erwarten. Das entstandene Polymer war in organischen Lösungsmitteln wie THF,

CH2Cl2 und TFA unlöslich, diese Tatsache sprach gegen den Einbau des löslichkeits-

vermittelnden (R)-DMHIC-Bausteines 15. Zum Nachweis wurde das Polymer in D2SO4

(unter Abbau zu Trimeren) gelöst, im NMR-Spektrum waren keine Signale der

54


Alkylkette von (R)-DMHIC-Bausteinen erkennbar. Es wird bei der Polymerisation also

nur Phenylisocyanat eingebaut (Schema 4.4).

C O+

N C O

39 15

N N

O

Nn

p39

O

42%

THF, -95°C1) Li-Pip

2) Ac2O, -78°C

Schema 4.4 Copolymerisationsversuch von Phenylisocyanat 39 und (R)-DMHIC 15 mit Li-Piperidid als Initiator.

Um die Möglichkeiten zur Polymerisation mit Lithiumpiperidid in THF und die

Analytik von Polyarylisocyanaten zu etablieren, sollte ein lösliches, literaturbekanntes

Polyarylisocyanat hergestellt werden. Hierzu wurde ein Polymer aus 3-Methoxyphenyl-

isocyanat-(3MeOPIC)-Bausteinen ausgewählt, da das Testpolymer sterisch und elektro-

nisch von dem Zielpolymer poly-(3HOPIC) p86 möglichst wenig abweichen sollte.

Die Polymerisation von 3MeOPIC 40 (hergestellt aus 3-Methoxyanilin und MDI 32)

erfolgte analog der Literaturbeschreibung,[70] dabei wurde die Reaktion mit HCl in

Methanol bzw. mit Acetanhydrid abgebrochen (Tabelle 4.1).

Tabelle 4.1 Polymerisation von 3MeOPIC 40[a].

1) Li-PipC O

40

N N

OEG

Nn

p40

2) HCl/ MeOH oder Ac2O

OMe OMe

# DS Abbruch Ausbeute

[%]

Mn[b]

[g mol-1]

PDI[b] DP[b]

(GPC)

DP[c]

(Init)

DP[d]

(EG)

1 183 HCl/MeOH 63 7227 1.60 48 56 -

2 218 Ac2O 92 6665 1.56 45 62 120

[a] Polymerisation mit Li-Piperidid als Initiator bei –95°C in THF, Verhältnis [M]/[I] : 50/1, 30 Min.

Polymerisation bei –95°C, dann Abbruch für 10 Min. bei –95°C, danach Zugabe von Methanol.

[b] Bestimmt durch GPC-Analyse gegen Polystyrol-Standards. [c] Bestimmt über Integration des 1H-

NMR-Spektrums (Piperidyl-Startgruppe gegen Aromaten-Signale). [d] Bestimmt über Integration des 1H-

NMR-Spektrums (Piperidyl-Startgruppe gegen Acetyl-Endgruppe).

55


Es ist erkennbar, dass der erwartete Polymerisationsgrad (DP = 50 durch das Verhältnis

[M]/[I] : 50/1) durch die GPC-Analyse und durch den NMR-Vergleich des Initiator-

Signals mit dem Aromaten-Signal im Rahmen der Messgenauigkeit bestätigt wird. Der

hohe Wert für die Endgruppenanalyse (DP = 120 in #2, Tabelle 4.1) wurde mittels

Integration des Acetylsignals im 1H-NMR-Spektrum bestimmt und ist vermutlich auf

ein unvollständiges Endcapping zurückzuführen. Daher sollte im Folgenden die

Zeitdauer des Abbruchs verlängert und die Temperatur nach Zugabe des Abbruch-

reagenzes erhöht werden. Eine zusätzliche Verifikation der mittleren Molmassen durch

ESI-Massenspektrometrie gelang nicht, da sich die Polymere bei der Ionisation

zersetzten und lediglich Fragmente aus 3, 6 und 9 Bausteinen detektierbar waren.

Nachdem die Polymerisation von 3MeOPIC 40 mit Li-Piperidid erfolgreich durchge-

führt wurde, sollte ein Weg gefunden werden, das beschriebene Polymer poly-

(3HOPIC) p86 darzustellen.

4.2.2 Darstellung von poly-(3HOPIC) p86

Für die Synthese des hydroxyl-funktionalisierten poly-(3HOPIC) p86 war eine

geeignete Blockierung der phenolischen Hydroxylgruppe erforderlich (Schema 4.5).

C O

87

NN

O

Init.n

p86

OPGOH

N

O

Init.n

p87OPG

Schema 4.5 Retrosynthese von poly-(3HOPIC) p86.

Die erste Idee bestand darin, kein neues Polymer herzustellen, sondern von dem bereits

synthetisierten poly-(3MeOPIC) p40 die Methylgruppen (PG = Me) abzuspalten. Dies

ist insbesondere bei aromatischen Methylethern prinzipiell möglich, erfordert aber die

Anwendung sehr starker Lewissäuren.[140] In Anlehnung an die Literatur sollte die

Abspaltung mit 2 äq Bortribromid (BBr3) durchgeführt werden (Schema 4.6).[121]

56


BBr3

CH2Cl2N

OMe

OAc

Init.n

N

OH

OAc

Init.n

0°C -> RT

Zersetzung

p40 p86

Schema 4.6 Versuch zur Abspaltung der Methylgruppen von poly-(3MeOPIC) p40.

Unter den angegebenen Bedingungen zersetzte sich allerdings das Polymer, so dass kein

poly-(3HOPIC) p86 erhalten wurde. Daher musste eine andere Schutzgruppe eingeführt

werden, welche unter milden Bedingungen quantitativ abspaltbar ist.

Aufgrund der Erfahrungen mit der Silyl-Schützung von Phenolen bei den Poly-

alkylisocyanaten (siehe Kapitel 3), sollte die Trimethylsilyl-Schutzgruppe (PG = TMS)

auch hier zum Einsatz kommen. Die Synthese von 3TMSOPIC 90 gelang nach einer

Literaturvorschrift ausgehend von 3-Hydroxyanilin 88 in zwei Stufen (Schema 4.7).[61]

NH2

OH

86 %

NH2

OTMS

N

OTMS130° C

kat. TMS-ClOCN NCO

32 (MDI-Schmelze)C O

200°C9 mbar

90%9088

Me3SiHN

SiMe3

89

Schema 4.7 Synthese von 3TMSOPIC 90.

Das Isocyanat 90 wurde in 77% Gesamtausbeute erhalten und sollte mit Li-Piperidid

([M]/[I] : 50/1) in THF polymerisiert werden (Weg A in Schema 4.8).

THF, -95°C

Li-Pip

C O

90

NN

OH

Init.n

p90

OTMSOTMSNaCN

DMF, -65°C

A

B

Schema 4.8 Polymerisationsversuche von 3TMSOPIC 90 mit A Li-Piperidid bzw. B NaCN als Initiator.

57


Nach Durchführung der Reaktion ließ sich kein Polymer aus MeOH fällen. Die Fällung

aus Petrolether ergab lediglich eine Mischung aus höhermolekularen Oligomeren,

Trimer und Methanolyseprodukt des Isocyanates. Die TMS-Gruppen waren laut 1H-

NMR-Spektrum zu ca. 75% abgespalten. Daher wurde die Initiierung der Polymerisa-

tion mit NaCN in DMF nach dem in Kapitel 3 beschriebenen Protokoll überprüft (Weg

B in Schema 4.8). Auch mit dieser Methode, die in der vorliegenden Arbeit bereits

erfolgreich bei TMS-Ethern angewendet wurde (siehe Kapitel 3.2), gelang es nicht, das

Isocyanat 90 zu polymerisieren.

Diese Ergebnisse führten zu der Annahme, dass die phenolische Hydroxyl-Gruppe des

Isocyanates mit einer stabileren Schutzgruppe blockiert werden muss. Die Blockierung

darf die anionische Polymerisation nicht beeinflussen und muss am Polymer quantitativ

abspaltbar sein. Die hydrogenolytisch entfernbare Benzyl-Gruppe (PG = Bn) schien

diese Anforderungen zu erfüllen.[140]

Zur Herstellung des entsprechenden Bausteins wurde analog der Literaturvorschrift

ausgehend von 3-Hydroxybenzoesäure 91 die Hydroxylgrupe unter basischen Bedin-

gungen mit Benzylbromid verethert (Schema 4.9).[152]

COOH

OH

38 %

N

OBnH2O, 100°C

KOH, BnBr

C O1) (COCl)2, DCM

2) TMS-N3, Toluol,110°C

69 % (2 Stufen)

COOH

OBn

91 92 93

Schema 4.9 Synthese von 3BnOPIC 93.

Die Ausbeute an 92 konnte dabei von 21% (Literaturwert) auf 38% verbessert werden.

Die Aktivierung der Carbonsäure als Säurechlorid und die Überführung in das Isocyanat

über das Säureazid gelang nach den bereits beschriebenen Methoden,[53] die Gesamt-

ausbeute an 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (3BnOPIC) 93 lag bei 26%.

Zur Polymerisation wurde das Isocyanat bei –90°C in THF vorgelegt, da es sich bei

-95°C nicht löste, und mit Lithiumpiperidid ([M]/[I] : 50/1) versetzt (Schema 4.10).

58


THF,-90 bis -78°C

Li-Pip

C O

93

NN

OH

Init.n

p93

OBnOBnNaCN

DMF,Toluol -50°C

A

B

10%

Schema 4.10 Polymerisationsversuch von 3BnOPIC 93 mit A Li-Piperidid bzw. B NaCN als Initiator.

Da keinerlei Zunahme an Viskosität erkennbar war, die auf die Bildung eines Polymers

schließen ließ, wurde nach 3 Stunden die Temperatur auf –78°C erhöht und nach 16

Stunden mit HCl/MeOH abgebrochen. Es ließ sich kein Polymer fällen und die Analyse

des Rückstandes zeigte die Bildung des Trimers und des Methanolyseproduktes.

Die Polymerisation nach der NaCN-Methode konnte ebenfalls nicht nach der Standard-

Vorschrift (DMF, -65°C) durchgeführt werden, da sich das Monomer erst nach Zugabe

von Toluol und unter Erhöhung der Temperatur auf –50°C löste. Das Polymer wurde

lediglich in 10% Ausbeute gewonnen, eine Verunreinigung von 25% an Trimeren war

nicht abtrennbar. Die GPC-Analyse ergab eine mittlere Molmasse von Mn = 29672

(DP = 132) bei einem Polydispersitätsindex (PDI) von 1.63.

Die Ausbeute war zwar unbefriedigend, dennoch sollte die Abspaltbarkeit der Benzyl-

Schutzgruppen überprüft werden. Abhängig davon war zu entscheiden, ob sich eine

Optimierung der Polymerisation lohnt.

Das Polymer p93 wurde in THF mit Pd/C als Katalysator unter einer Wasserstoff-

atmosphäre gerührt. Nach 16 Stunden zeigte sich anhand des 1H-NMR-Spektrums, dass

die Benzyl-Gruppen des enthaltenen Trimers (δ = 5.08 ppm) abgespalten waren,

während die Tieffeld-verschobenen Methylensignale der polymergebundenen Benzyl-

gruppen (δ = 4.3 - 4.8 ppm) noch vorhanden waren. Vermutlich kann das Polymer nicht

dicht genug an die Oberfläche des aktiven Palladiums angelagert werden, um eine

Abspaltung der Benzyl-Gruppen zu ermöglichen.

Dies und die schlechte Ausbeute bei der Polymerisation machten es notwendig, die

Schutzgruppe erneut zu wechseln. Die Blockierung musste basenstabil und quantitativ

59


unter milden, homogenen Bedingungen entfernbar sein. Weiterhin wäre eine Stabilität

unter den schwach sauren Bedingungen des Abbruchs der Polymerisation und während

der Aufarbeitung vorteilhaft.

Daher kam die Idee auf, das Phenol als Acetal zu schützen. Es bot sich die Blockierung

als Methoxymethylacetal (PG = MOM) an, da diese Gruppe sterisch einen sehr geringen

Raum einnimmt und die geforderten Stabilitätskriterien erfüllt.[140]

Um Alkohole als MOM-Acetale zu schützen, geht man im Allgemeinen von Methoxy-

methylchlorid (MOM-Cl) 97 aus. Da kommerzielles MOM-Cl teuer ist[153] und den

hochgradig cancerogenen Bis(chlormethyl)ether als Verunreinigung bis 5% enthält,

sollte das Reagenz selbst hergestellt werden. Dazu sind Verfahren der säurekatalysierten

Umacetalisierung von Dimethoxymethan 95 mit Alkansäurechloriden veröffentlicht.[154,

155] Da diese Säurechloride ebenfalls relativ teuer sind, wurde in dieser Arbeit eine neue

Synthesevariante aus dem preiswert erhältlichen Benzoylchlorid 94 entwickelt und

optimiert (Schema 4.11).

Cl

O

O O O

O

Cl O5 Mol% H2SO4

60°C+ +

MOM-Cl

94 95 9774% 96

Schema 4.11 Synthese von Methoxymethylchlorid (MOM-Cl) 97.

Das MOM-Cl 97 entstand in 74% Ausbeute und enthielt laut NMR-Analyse weniger als

0.1% Bis(chlormethyl)ether. Die Einsparung gegenüber dem Kauf von MOM-Cl belief

sich auf 97%.[156]

Zur Synthese des Acetal-geschützten Isocyanates 3MOMOPIC 100 sollte ein Weg über

3-O-Methoxymethyl-aminophenol 99 gefunden werden. Da die direkte Umsetzung von

3-Aminophenol mit MOM-Cl entsprechend der Literatur[157] zu einem Produktgemisch

und einer schlechten Ausbeute von 26% führte, sollte eine zweistufige Synthese

ausgehend von 3-Nitrophenol 98 konzipiert werden. Zur Acetal-Schützung des Phenols

98 wurde nach einer allgemeinen Literaturvorschrift mit K2CO3 deprotoniert und mit

MOM-Cl umgesetzt, anschließend wird mit H2-Pd/C die Nitrogruppe zum Amin 99

reduziert (Schema 4.12).[158, 159]

60


NO2

OH

N

OMOM

Aceton, RT

C O

99% (2 Stufen)

2) H2-Pd/CTHF, RT

NH2

OMOM

75 %

NaHCO3 -LsgCHCl3

1) K2CO3, MOM-Cl

A

B

Cl Cl

O

OCN NCO

200°C7 mbar 90%

98 99 100

26

32

Schema 4.12 Syntheseswege zu 3MOMOPIC 100.

Das Amin 99 wurde in 99% Ausbeute erhalten, daher wurde der zweistufige Weg

bevorzugt. Die Überführung des Amins 99 in das Isocyanat 100 gelang auf zwei

verschiedenen Wegen: durch Reaktion mit Phosgen unter Schotten-Baumann-

Bedingungen (Weg A, 75% Ausbeute) oder durch Umsetzung in einer MDI-Schmelze

im Vakuum (Weg B, 90% Ausbeute). Damit war das nicht literaturbekannte, MOM-

geschützte Isocyanat 3MOMOPIC 100 in einer dreistufigen Synthese in 75 - 89%

Gesamtausbeute verfügbar.

Die Polymerisation von 100 wurde mit Lithiumpiperidid als Initiator ([M]/[I] : 50/1)

durchgeführt (Schema 4.13).

THF, -95°C

1) Li-PipC O

100

NN

OH

Pipn

p100

2) HCl/ MeOH

OMOMOMOM

85%

3MOMOPIC poly-(3MOMOPIC)

Schema 4.13 Polymerisation von 3MOMOPIC 100 mit Li-Piperidid als Initiator.

Das Polymer poly-(3MOMOPIC) p100 fällt in einer Ausbeute von 85% an, die GPC-

Analyse ergibt eine mittlere Molmasse Mn = 8486 bei einem PDI von 1.41. Die

Molmasse weist auf eine Kettenlänge von 47 Bausteinen hin; dies stimmt gut mit dem

Integrationsvergleich im 1H-NMR-Spektrum (DP = 53) überein und resultiert aus dem

eingesetzten Monomer-Initiator-Verhältnis von 50/1. Das 1H-NMR-Spektrum des

61


Polymers weist eine deutliche Hochfeld-Verschiebung der Signale relativ zu den

entsprechenden Monomersignalen auf. Besonders stark ausgeprägt ist der Effekt im

Bereich der Aromaten-Signale (Abbildung 4.3).

3MOMOPIC 100

poly-(3MOMOPIC)

OC OCHH2 3

OCH OC2 3H

Aromat

3 P1245678

p100

Aromat

PM

H O2

TMS

CDCl3

Abbildung 4.3 1NMR-Spektren von 3MOMOPIC 100 und poly-3MOMOPIC p100 (300 MHz, 298 K, CDCl3).

Dieser Effekt kann durch die Annäherung der jeweiligen Protonen an den Ringstrom

benachbarter Aromaten verursacht werden, wobei die Richtung der Signalverschiebung

eine gestaffelte Anordnung der Aromaten vermuten lässt. Die Verschiebung der

Protonensignale der MOM-Gruppe fällt weit geringer aus, da die Seitengruppen weiter

von den Aromaten des Rückgrates entfernt sind.

Im IR-Spektrum verschwindet durch die Polymerisation die Isocyanat-Bande

(2268.5 cm-1) und das Amid-Signal (1749.0 cm-1) tritt auf, bei dem 13C-NMR-Spektrum

erkennt man das Kohlenstoff-Signal der Amid-Gruppe des Rückgrates (δ = 153.69

ppm).[160]

Anhand der IR- und NMR-Spektren ist erkennbar, dass die MOM-Schutzgruppen unter

den Bedingungen des Abbruchs der Polymerisation und der Aufarbeitung stabil sind.

Die gezielte Abspaltung der Schutzgruppen wurde mit der in Kapitel 3.2 beschriebenen

62


Methode zur Entfernung säurelabiler Gruppen (TFA/H2O 9/1) durchgeführt (Schema

4.14).

N

OH

Pipn

p100

OMOM

N

OH

Pipn

p86

OH

TFA/H2O 9/1

CH2Cl2

poly-(3MOMOPIC) poly-(3HOPIC)

quant.

Schema 4.14 Abspaltung der Schutzgruppen von poly-(3MOMOPIC) p100 mit TFA/H2O 9/1.

Das hydrophile Polymer poly-(3HOPIC) p86 konnte aus Diethylether gefällt werden,

die quantitative Ausbeute ist ein Hinweis auf die hohe Säurestabilität der Polyarylisocy-

anate. Da das Polymer in CDCl3 unlöslich war, wurden die NMR-Spektren in THF-d8

gemessen. Anhand des 1H-NMR-Spektrums ist die vollständige Abspaltung der

Schutzgruppen nachweisbar, weiterhin weist das Signal um δ = 8.4 ppm auf eine

phenolische Hydroxylgruppe hin (A in Abbildung 4.4).

H O2

HOD

A

B

~

THF

THF

3 PPM1245678

THF

Aromat

-OH

Abbildung 4.4 A 1NMR-Spektrum von poly-(3HOPIC) p86, B 1NMR-Spektrum von poly-(3HOPIC) p86 nach Zugabe von D2O (300 MHz, 298 K, THF-d8).

63


Zur Überprüfung dieser Vermutung wurde D2O zugesetzt. Durch den schnellen

Austausch der aciden Protonen war das phenolische Signal nicht mehr erkennbar (B in

Abbildung 4.4).

Der Polymerisationsgrad hat laut GPC-Analyse gegenüber dem geschützten Polymer

abgenommen (DP = 35); da die Ausbeute der Abspaltung quantitativ ist, wird allerdings

keine Zersetzung des Polymers angenommen. Eine denkbare Erklärung wäre, dass der

Übergang der Acetal- zu den Phenol-Gruppen die Ausbildung intramolekularer

Wasserstoffbrückenbindungen ermöglicht, welche sich durch Kontraktion stark auf das

effektive hydrodynamische Volumen des gelösten Polymers auswirkt.

Die nächste Frage war, ob sich in das optisch inaktive Polymer poly-(3HOPIC) p86 eine

helicale Überstruktur mit bevorzugter Helix-Drehrichtung induzieren lässt. Vor der

Copolymerisation mit einem chiralen „Sergeant“-Baustein sollte die Fähigkeit einer

chiralen Base zur Induktion verifiziert werden. Dies ist bei Polyisocyanaten durch den

dynamischen Charakter der Überstruktur aufgrund der niedrigen Helix-Inversions-

barriere prinzipiell möglich (siehe Kapitel 2.2).

Induktions-Versuche mit chiralen Amin-Basen wurden bereits von Okamoto et al. bei

achiralen, Carbonsäure-derivatisierten Polyisocyanaten durchgeführt (siehe Kapitel

2.2.4).[71] Da phenolische Hydroxylgruppen ebenfalls acide sind (pKa = 9.6 in H2O bzw.

18 für Phenol in DMSO),[161] wurde eine Wechselwirkung von poly-(3HOPIC) p86 mit

einem chiralen Amin erwartet. Die Zugabe von (S)-(+)-Pyrrolidinomethylpyrrolidin

((+)-PMP, 101, 0.4 bzw. 1.0 äq bezüglich der Monomerbausteine) zu einer Lösung von

poly-(3HOPIC) p86 führte zur Induktion eines hohen spezifischen Drehwertes. Der

Betrag des spezifischen Drehwertes (Startwert: [ = –602.50 (0.4 äq) bzw. -1413.04

(1.0 äq)) nimmt mit der Zeit ab und geht auf annähernd null zurück, was auf Trimerisie-

rung des Polymers schließen lässt.

25365]α

[162] Bei der Probe mit der höheren (+)-PMP-

Konzentration ist der Abbau deutlich beschleunigt (Abbildung 4.5).

64


N

OAc

Pip.n

OH

p86

0 500 1000 1500 2000

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

[α] 3

65

Zeit [min]

1.0 äq (+)-PMP

0.4 äq (+)-PMP

25

NH

N

101(+)-PMP

poly-(3HOPIC)

Abbildung 4.5 Drehwert-Zeit-Diagramm von poly-(3HOPIC) p86 mit 0.4 bzw. 1.0 äq (bezüglich der Bausteine) (+)-PMP 86 (c = 0.2 in THF, 25°C).

Die Induktion einer helicalen Überstruktur konnte durch ein analoges Experiment in

einem CD-Spektrometer bestätigt werden, dabei wurde ein Signal (Zugabe von 1.0 äq

(+)-PMP 101, θ = - 2440 mdeg m2 mol-1 bei 269 nm, c = 0.0684 mg/ml in THF) im

Absorptionsbereich des Polymerrückgrates detektiert.

Die Labilität von Polyisocyanaten gegenüber Basen wurde bereits beschrieben,[64, 65]

offensichtlich kann das Acetyl-Endcapping des Polymers poly-(3HOPIC) p86 den

basischen Abbau durch (+)-PMP 101 nicht verhindern.

Um eventuelle Beeinträchtigungen für die weitere Arbeit mit Isocyanaten abschätzen zu

können, sollte deren Stabilität im Basischen analysiert werden. Zur weiteren Unter-

suchung des Effektes war ein Polyisocyanat ohne die aciden phenolischen Gruppen zu

testen, da diese mit der Base in Wechselwirkung treten und dadurch der Abbau

beeinflusst werden kann. Daher wurde poly-(3MOMOPIC) p100 mit oder ohne Acetyl-

Endcapping eingesetzt, zur Vereinfachung der Analyse wurde die Reaktion direkt in

CDCl3 durchgeführt. Die Zugabe von Triethylamin zu einer Probe poly-(3MOMOPIC)

p100 ohne Endcapping führte nach 16 Stunden zu einem Abbau von 55%, nach drei

Tagen ist das Polymer p100 vollständig zu 102 trimerisiert (Schema 4.15).

65


Base

102

N

OR

Pipn

p100

OMOM

CDCl3

RT

N

N

N

O

OO

OMOM

OMOM

MOMO

N

OR

Pipn - x

p100

OMOM

x / 3+

R = H bzw. Ac

Schema 4.15 NMR-Versuche zum basischen Abbau von poly-(3MOMOPIC) p100 in CDCl3.

Bei einem analogen Versuch, bei dem das Polymer mit Acetyl-Endgruppe (Synthese:

Schema 4.16) eingesetzt wurde, blieb der Abbau bei 30% stehen. Auch nach zwölf

Tagen und erneuter Basenzugabe fand keine weitere Trimerisierung statt. Dies weist

darauf hin, dass die Acetylierung das Polyisocyanat gegen tertiäre Basen stabilisiert und

das Polymer p100 zu 30% die Acetyl-Endgruppen trägt.

Bei den Versuchen zur chiralen Induktion fand trotz des Endcappings ein weitgehender

Abbau durch Zugabe von (+)-PMP statt. Da die tertiäre Aminofunktionalität des (+)-

PMP dafür offensichtlich nicht verantwortlich ist, wurde ein Test mit Acetyl-geschütz-

tem poly-(3MOMOPIC) p100 und dem sekundären Amin Pyrrolidin durchgeführt.

Nach 16 Stunden war der Abbau vollständig. Weil unklar war, ob der geringere

sterische Anspruch oder die sekundäre Aminogruppe für die schnelle Trimerisierung

verantwortlich war, wurde ein entsprechender Versuch mit dem sterisch anspruchs-

vollen, sekundären Dicyclohexylamin durchgeführt. Der Abbau war erheblich lang-

samer (nach 14 Tagen lagen noch knapp 50% des Polymers vor), allerdings konnte der

Abbau auch hier durch die Acetyl-Endgruppe nicht verhindert werden. Ein analoger

Versuch mit poly-(3MOMOPIC) p100 ohne Endcapping und Dicyclohexylamin ergab

den vollständigen Abbau nach 16 Stunden.

Die Ergebnisse der Experimente zur Basenstabilität der Polyarylisocyanates poly-

(3MOMOPIC) p100 sind in Tabelle 4.2 zusammengefasst.

66


Tabelle 4.2 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) p100 gegen Basen [a].

# Base mit

Endcapping ohne Endcapping

1 Et3N Abbau bleibt nach

3 d bei 30% stehen

vollst. Abbau

nach 3 d

2 Pyrrolidin vollst. Abbau

nach 16 h nicht bestimmt

3 Dicyclohexylaminvollst. Abbau

nach 28 d

vollst. Abbau

nach 16 h

[a] Durchführung im NMR-Röhrchen in CDCl3, jeweils Zugabe von 10 mg poly-(3MOMOPIC) p100 und

10 µl der Base. Bestimmung des Abbaugrades über Integration der Methylen-Protonen im 1H-NMR-

Spektrum (Polymer: δ = 4.6-5.1 ppm, Trimer: δ = 5.3 ppm).

Es wurde also gezeigt, dass das Acetyl-Endcapping eine Möglichkeit zur Stabilisierung

von Polyisocyanaten gegenüber tertiären Aminen darstellt, gegen den Abbau durch

sekundäre Amine ist diese Art der Schützung nicht geeignet. Der Test einer anderen

Endgruppe sollte bei späteren Polymerisationen erwogen werden.

In diesem Abschnitt wurde dargelegt, dass 3MOMOPIC 100 anionisch polymerisierbar

ist und sich die acetalischen MOM-Schutzgruppen unter Erhalt des Polymers entfernen

lassen. Diese Bedingungen wurden von den anderen getesteten Aryl-Isocyanaten nicht

erfüllt. Daher sollte 3MOMOPIC 100 als achiraler „Soldier“-Baustein zur Generierung

eines helicalen Copolymers mit 3-Hydroxyphenyl-Gruppen eingesetzt werden.

4.2.3 Darstellung von Copolymeren aus 3MOMOPIC 100 mit chiralen Isocyanat-Sergeants

Als nächster Schritt war die Auswahl eines chiralen „Sergeant“-Bausteines notwendig.

Der bereits beschriebene Versuch einer Polymerisation von Phenylisocyanat 39 und

(R)-DMHIC 15, initiiert durch Lithiumpiperidid, führte zur sofortigen Fällung eines

unlöslichen Polymers aus Phenylisocyanat-Bausteinen (siehe Kapitel 4.2.1). Dies kann

folgendermaßen interpretiert werden:

67


• Eine Copolymerisation von Aryl- und Alkyl-Bausteinen ist unter diesen

Bedingungen unmöglich oder

• das sofortige Ausfallen der Oligomere von Phenylisocyanat 39 verhindert eine

Copolymerisation.

Um aufzuklären, welche der beiden Möglichkeiten zutrifft, sollte die Copolymerisation

von (R)-DMHIC 15 mit einem Arylisocyanat durchgeführt werden, welches bei der

Polymerisation nicht ausfällt.

Da die Polymerisation von 3MOMOPIC 100 homogen verläuft, erschien eine Copoly-

merisation von 3MOMOPIC mit (R)-DMHIC 15 möglich. Der Versuch ergab keinen

Niederschlag während der Polymerisation, jedoch war wiederum lediglich der Einbau

von Aryl-Bausteinen in die Polymerkette zu beobachten (Schema 4.16).

THF, -95°C1) Li-Pip

C O+

N C O

100 15

NN

O

Init.n

p100

O

52%OMOM

OMOM

3MOMOPIC (R)-DMHIC poly-(3MOMOPIC)

2) Ac2O, -78°C

Schema 4.16 Copolymerisationsversuch von 3MOMOPIC 100 und (R)-DMHIC 15 mit Li-Piperidid als Initiator.

Die versuchten Copolymerisationen von (R)-DMHIC 15 mit Phenylisocyanat 39 bzw.

3MOMOPIC 100 (siehe auch Kapitel 3.1 und 4.2.1) zeigen, dass je nach gewählten

Bedingungen entweder Homopolymere des Alkyl- oder des Arylisocyanates entstehen.

Bei Polymerisation mit Natriumcyanid in DMF wurde das Polyalkylisocyanat gefunden,

wohingegen bei Initiierung mit Lithiumpiperidid bevorzugt Arylisocyanate polymeri-

sierten. Diese Resultate legen die Vermutung nahe, dass Copolymere aus Alkyl- und

Arylisocyanaten nicht existieren oder nicht über konventionelle Polymerisationstechni-

ken zugänglich sind. Daher sollte als „Sergeant“ ein chirales Arylisocyanat gefunden

werden, welches:

1) sich zur Copolymerisation mit 3MOMOPIC 100 eignet,

2) eine starke chirale Induktion auf die Hauptkettenkonformation ausübt,

3) unter den Bedingungen der Schutzgruppenabspaltung stabil ist.

68


Um die erste Bedingung zu erfüllen, sollte ein in 3-Position substituiertes Arylisocyanat

eingesetzt werden, da für die Bildung von Copolymeren eine strukturelle Ähnlichkeit

der Monomere vorteilhaft erscheint.[163] Literaturbekannte Beispiele chiraler,

3-substituierter Phenylisocyanate sind in Abbildung 4.6 angegeben.

N C O

OHN

O

Ph

N C ON C O

103 48 49

O

O

Abbildung 4.6 Beispiele chiraler 3-substituierter Phenylisocyanate.[70, 89, 90]

In der Literatur sind 3-(Carbonsäureester)-phenylisocyanate chiraler Alkohole (z.B.:

3-(S)-Butoxycarbonyl-phenylisocyanat 103) bekannt, die Copolymere mit 3-Methoxy-

phenylisocyanat 40 bilden.[89] Aufgrund der relativ hohen Solvolyseempfindlichkeit und

Reaktivität von Carbonsäureestern erschien diese Klasse von Bausteinen, auch im

Hinblick auf die geplante Verwendung als Lewissäure-Katalysator, nicht geeignet.

Bei 3-(Carbonsäureamid)-phenylisocyanaten sind die in Kapitel 2.2.4 beschriebenen

Copolymere von 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat ((S)-3PEAPIC, 48)

mit 3MeOPIC 40 bekannt. Da Carbonsäureamide wesentlich weniger reaktiv sind als

Carbonsäureester, sollte der Einsatz von (S)-3PEAPIC 48 als chiralem Polymerbaustein

erprobt werden.[70]

Von 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat ((R)-3BOPIC, 49) ist lediglich bekannt, dass

es einhändig-helicale Homopolymere bildet; ob es sich als chiraler „Sergeant“ in

Copolymeren eignet, ist unklar.[90] Da es neben der Isocyanat-Gruppe lediglich eine

Ether-Funktionalität enthält, erschien es in Bezug auf chemische Stabilität als geeignet.

Darüber hinaus ist die strukturelle Ähnlichkeit zu 3MOMOPIC 100 relativ groß.

Deshalb sollte neben (S)-3PEAPIC 48 auch (R)-3BOPIC 49 hergestellt und auf die

Bildung von Copolymeren und Fähigkeit zur chiralen Induktion getestet werden.

Die Synthese von (S)-3PEAPIC 48 wurde ausgehend von Isophthaloylchlorid 104

analog der Literatur durchgeführt (Schema 4.17).[70]

69


COCl 1) BnOH, Pyridin, THF

COCl

2) (S)-Phenethylamin, THF

COOH

HN

O

Ph3) H2-Pd/C, THF/MeOH

32%

HN

O

Ph

N C O1) EtMe2N, ClCO2Et, Aceton

2) NaN3, H2O3) Rückfluss, Toluol

104 4853%

105

Schema 4.17 Synthese von (S)-3PEAPIC 48 entsprechend der Literaturvorschrift.[70]

Das Isocyanat 48 konnte in 17% Gesamtausbeute isoliert werden (Literatur:[70] 20%),

die beschriebene Aufreinigung durch Umkristallisation aus Toluol/Petrolether führte

jedoch aufgrund des gleichzeitigen Ausfallens von Nebenprodukten nicht zum reinen

Produkt.

Da weitere Reinigungsoperationen (Filtration der Lösung über Aktivkohle, Umkristalli-

sation aus anderen Lösungmitteln, Destillation) das Isocyanat ebenfalls nicht in der

erforderlichen Reinheit ergaben, erschien es zweckmäßig, einen anderen Weg zur

Darstellung des Produktes zu entwickeln. Dabei sollte der Syntheseweg über das

Carbonsäureazid nicht angewendet werden, um die zur Curtius-Umlagerung notwendige

Erwärmung auf 110°C zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass unter diesen Bedingun-

gen die Entstehung von Verunreinigungen durch Nebenreaktionen unvermeidlich ist.

Daher wurde eine alternative Darstellung gesucht: Zunächst wurde 3-Nitrobenzoyl-

chlorid 106 mit (S)-Phenethylamin mit einer Ausbeute von 83% in das Amid 107

überführt (Schema 4.18).

NO2

COCl

(S)-Phenethylamin, EtMe2N

NO2

HN

O

Ph

NH2

HN

O

Ph

H2-Pd/C

EtOH / THF90 %83 %

HN

O

Ph

N C O

THF

88 %

ges. NaHCO3-Lsg. /CHCl3

Phosgen (26) in Toluol

48

106 107 108

Schema 4.18 Synthese von (S)-3PEAPIC 48 ausgehend von 3-Nitrobenzoylchlorid 104.

70


Die Nitrogruppe wurde nach der Standardvorschrift reduziert und das Amin 108 in 90%

Ausbeute erhalten. Aus dem aromatischen Amin wurde, entsprechend den in Kapitel

4.2.2 beschriebenen Schotten-Baumann-Bedingungen, das Isocyanat (S)-3PEAPIC 48

gewonnen. Bereits das Rohprodukt fiel in hoher Reinheit an und die Kristallisation aus

Toluol/Petrolether gelang problemlos, die Ausbeute betrug 88%. Analysendaten und

spezifischer Drehwert stimmen mit den Literaturangaben überein.[70] Damit gelang die

Synthese von (S)-3PEAPIC 48 in einer hohen Reinheit und einer Gesamtausbeute von

66%, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Literaturwert von 20%

darstellt. Das chirale Isocyanat stand somit für die Copolymerisation zur Verfügung.

Die Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (S)-3PEAPIC 48 gelang mit Lithium-

piperidid ([M]/[I] : 50/1) in 40% Ausbeute (Schema 4.19).

1) Li-PiperididTHF, -95°C

N

OMOM

C ON

O

Init.

O

m+N

RO

O

n2) Ac2O, -78°C

(S)-3PEAPIC 483MOMOPIC 100p(100-co-48)

poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC)R = MOM

p(86-co-48)poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC)R = H

TFA/H2O 9/1CH2Cl2

quant.

N C O

HN 40%

O

PhHN

O

Ph

m/n = 73/27

Schema 4.19 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (S)-3PEAPIC 48 und Abspaltung der MOM-Schutzgruppen.

Das eingesetzte Monomerenverhältnis (3MOMOPIC/(S)-3PEAPIC : 73/27) entspricht

laut NMR-Analyse (Vergleich der Methylgruppen von 3MOMOPIC: δ = 3.25 ppm und

(S)-3PEAPIC: δ = 1.5 ppm) auch dem Bausteinverhältnis im Polymer. Der „Sergeant“-

Anteil von 27 mol% wurde gewählt, da ein entsprechender Anteil bei dem Literatur-

Beispiel eines Copolymers von (S)-3PEAPIC 48 mit 3MeOPIC 40 mindestens notwen-

dig war, um eine einhändige Helix zu induzieren (siehe Kapitel 2.2.4). Die Abspaltung

der MOM-Schutzgruppen zu poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48) gelang mit

TFA/H2O quantitativ.

71


Tabelle 4.3 Analysendaten der Polymere poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(100-co-48) und poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48).

# DS Polymer Mn[a]

[g mol-1]

PDI[a] DP[a] 25][ Dα [b] 25365][α [b]

1 320 p(100-co-48) 8010 1.22 40 -500.6 -2242.4

2 325 p(86-co-48) 4927 1.35 29 -406.5 -1837.0

[a] Bestimmt durch GPC-Analyse gegen Polystyrol-Standards. [b] In THF, c = 0.99 bzw. 0.985.

Das Polymer p(100-co-48) besteht laut GPC-Analyse aus 40 Bausteinen (DP) und weist

eine enge Molekulargewichtsverteilung auf. Wegen der überlagerten Signale war eine

Bestimmung der Kettenlänge durch NMR-Integration nicht möglich.

Der hohe spezifische Drehwert deutet auf eine einhändige Helix-Gängigkeit hin. Nach

Abspaltung der MOM-Gruppen liegt der Polymerisationsgrad laut GPC bei nur

DP = 29, obwohl die Ausbeute quantitativ war. Dies weist, analog der scheinbaren

Kettenverkürzung durch Abspaltung der Schutzgruppen des Homopolymers poly-

(3MOMOPIC) p100, auf eine Reduzierung des effektiven hydrodynamischen Volumens

durch Ausbildung intramolekularer Wasserstoffbrücken hin. Die Amid-Gruppen der

(S)-3PEAPIC-Bausteine können als gute Wasserstoffbrücken-Akzeptoren in das

Netzwerk eingebunden werden.

Der spezifische Drehwert wurde durch die MOM-Abspaltung um 18% auf [ =

-1837 reduziert; dies ist bemerkenswert, da bei der Abspaltung durch die Reduzierung

der durchschnittlichen Molmasse der Bausteine (von 210.9 auf 182.2 g mol

25365]α

-1) eine

Zunahme des spezifischen Drehwertes erwartet würde. Zur Verifizierung des Effektes

wurden CD-Spektren der Polymere aufgenommen.

Die starke Abnahme des Betrages der molaren Elliptizität bei p(86-co-48) gegenüber

dem MOM-geschützten p(100-co-48) um annähernd 50% lässt die Vermutung zu, dass

das Polymer p(86-co-48) nicht mehr in einer vollständig einhändig helicalen Konfor-

mation vorliegt (Abbildung 4.7).

72


p co(100- -48)

p co(86- -48)



200 250 300 350 400

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

λ [nm]

θ[

deg

m2m

ol-1]

m

Abbildung 4.7 CD-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(100-co-48) und poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48).

Ein möglicher Grund wäre eine partielle Racemisierung der stereogenen Zentren an den

(S)-3PEAPIC-Bausteinen durch den Einfluss der starken Säure (Trifluoressigsäure) bei

der Schutzgruppen-Abspaltung. Die partielle Racemisierung strukturell ähnlicher

Amide unter stark sauren Bedingungen wurde bereits in der Literatur beschrieben.[164]

Das Isocyanat (S)-3PEAPIC 48 ist damit offensichtlich kein geeigneter chiraler

„Sergeant“. Deshalb sollte (R)-3BOPIC 49 hergestellt und in der Copolymerisation mit

3MOMOPIC 100 eingesetzt werden (Schema 4.20). Die Anknüpfung der chiralen

Seitengruppen durch Etherbindungen ist weitgehend säurestabil, eine Racemisierung ist

nicht zu erwarten.

Die Literatur-Synthese von (R)-3BOPIC 49 verläuft über den Curtius-Abbau des

entsprechenden Säureazides.[90] In dieser Arbeit sollte aufgrund der bislang erzielten

höheren Ausbeuten eine Route über die Umsetzung des Amins mit Phosgen erprobt

werden.

3-Nitrophenol 98 wurde mit K2CO3 in Aceton deprotoniert und mit (S)-Toluol-4-

sulfonsäure-sec-butylester 109 (hergestellt aus (S)-Butanol und Tos-Cl in Pyridin[165])

umgesetzt. Die nucleophile Substitution (SN2) führte dabei unter Walden-Umkehr zur

Inversion des stereogenen Zentrums (Schema 4.20).

73


NO2

OH87 %

NO2

O

N

Aceton

C O

76%

H2-Pd/C

THF, RT

NH2

94 %

ges. NaHCO3-Lsg. /CHCl3

Phosgen (26) in Toluol

OTos

O

O

K2CO3

98 110 111

49

109

Schema 4.20 Synthese von (R)-3BOPIC 49.

Der Nitrophenylether 110 wurde in 87% Ausbeute erhalten und konnte durch Reduktion

mit 76%iger Ausbeute in das Anilin-Derivat 111 überführt werden. Die weitere

Umsetzung mit Phosgen 26 unter den beschriebenen Schotten-Baumann-Bedingungen

führte in 94% Ausbeute zu (R)-3BOPIC 49. Damit ist das Isocyanat in 64% (Lit.: 30%)

Gesamtausbeute darstellbar. Der spezifische Drehwert [ = -39.63 (c = 1.09, THF)

übersteigt den Literaturwert ([ = -33 (in THF)) um 20%.

25]Dα

25]Dα [90] Da der Enantiomeren-

überschuss der Literaturverbindung mit 80% bestimmt wurde, kann für das in dieser

Arbeit hergestellte Isocyanat (R)-3BOPIC 49 ein ee von 96% berechnet werden. Grund

für den geringeren ee bei der literaturbeschriebenen Methode ist vermutlich, dass der

analoge Schritt der nucleophilen Substitution in Ethanol durchgeführt wurde; als

protisches Lösungsmittel kann der Alkohol den stereounspezifischen SN1-Mechanismus

der Veretherung und damit eine partielle Racemisierung begünstigen.

Die Homopolymerisation von (R)-3BOPIC 49 ist literaturbeschrieben;[90] um ein

Referenzpolymer zu erhalten und um einen neuen Schutz der Polymer-Endgruppe zu

testen, wurde die Polymerisation in dieser Arbeit nochmals durchgeführt. Im Gegensatz

zum beschriebenen Abbruch der Polymerisation durch Protonierung mit HCl/MeOH

sollte eine basenstabile Endgruppe eingeführt werden. Da die Acetylierung die

Polymere nicht gegen den Abbau durch Pyrrolidin stabilisiert (siehe Kapitel 4.2.2),

wurde die Polymerisation mit Methyltriflat abgebrochen, um das Kettenende zu

methylieren und damit basenstabil zu machen (Schema 4.21).

74


1) Li-PiperididTHF, -95°C N

OH3C

Init.n

2) MeOTf, -78°C

(R)-3BOPICp49

poly-((R)-3BOPIC)

N C O

OO

30%

49

Schema 4.21 Polymerisation von (R)-3BOPIC 49.

Die Ausbeute an p49 ist mit 30% deutlich geringer als in der Literatur beschrieben

(68%); dies lässt auf einen unvollständigen Abbruch der Polymerisation schließen.

Nicht gecappte Kettenenden können beim Erwärmen der Reaktionslösung einen Abbau

des Polymers zu Trimeren bewirken. Die mittlere molare Masse des Polymers wurde

mittels GPC-Analyse zu Mn = 14381 bei einem PDI von 1.15 bestimmt, die mittlere

Kettenlänge beträgt damit ca. 75 Bausteine. Das Integral des Methylsignals der End-

gruppen im 1H-NMR-Spektrum (δ = 3.2 ppm)[166] entspricht einem Polymerisationsgrad

von ca. 86, der überwiegende Anteil der ausgefällten Polymerketten ist also am N-

Terminus methyliert. Die spezifischen Drehwerte ([ = -642, = -3024

(c = 0.555 in THF)) und die molare Elliptizität (θ = -30356 mdeg m

25]Dα 25365][α

2 mol-1 bei 271 nm,

c = 0.0840 mg/ml in THF) liegen im Bereich der Literaturwerte.[90]

Ein Abbauversuch des Polymers p49 mit Pyrrolidin in CDCl3 ergab eine vollständige

Trimerisierung nach 16 Stunden. Die Methylierung der Endgruppe schützt das Polymer

also nicht vor basischem Abbau, der Angriff der Base kann offenbar auch an dem

Polymerrückgrat erfolgen. Somit besteht keine Möglichkeit, Polyisocyanate mittels

Endcapping gegen den Abbau durch starke, sterisch nicht gehinderte Basen zu schützen.

Zentel et al. bezeichnen die Einführung eines geeigneten, basenstabilen Endcappings als

wesentlich für die Funktionalisierung von Polyisocyanaten.[49] Da der basische Abbau

nicht zwangsläufig durch den Angriff an der Endgruppe initiiert wird, ist die vollstän-

dige Stabilisierung gegen Basen vermutlich nicht möglich. Dies ist bei der weiteren

Verwendung von Polyisocyanaten zu berücksichtigen.

Als nächster Schritt sollte die Bildung von Copolymeren und die Fähigkeit zur chiralen

Induktion überprüft werden. Um bessere Ausbeuten zu erzielen, wurde auf das

75


Endcapping des Polymers mittels Methylierung verzichtet und die Polymerisation

wieder durch Zugabe von Acetanhydrid abgebrochen.

Die Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (R)-3BOPIC 49 wurde mit Lithium-

piperidid ([M]/[I] : 50/1) in THF durchgeführt; dabei erfolgte eine Variation des Anteils

an (R)-3BOPIC 49 von 14 - 42 mol%. Das Polymer p(100-co-49) fiel in 60 - 72%

Ausbeute an und enthielt laut NMR-Analyse jeweils einen etwas geringeren Gehalt an

(R)-3BOPIC-Bausteinen als aus der Monomerzusammensetzung erwartet (Tabelle 4.4).

Tabelle 4.4 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (R)-3BOPIC 49[a].

1) Li-PiperididTHF, -95°C

N

OMOM

C ON

O

Init.

O

m+N

MOMO

O

n2) Ac2O, -78°C

(R)-3BOPIC3MOMOPIC49

poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

N C O

OO

p(100-co-49)100

# DS Anteil (R)-3BOPIC[b]

eingesetzt eingebaut

Ausbeute

[%]

Mn[c]

[g mol-1]

PDI[c] DP[c] 365][ Dα [d] θmax[d]

1 345 14 11 72 10822 1.41 60 -939 -8981

2 377 25 22 67 12772 1.38 70 -1433 -14115

3 321 30 25 71 13969 1.35 77 -1981 -18743

4 344 42 33 60 11022 1.32 60 -2046 -21363

[a] Polymerisiert mit Lithiumpiperidid ([M]/[I] : 50/1) in THF, Abbruch mit Ac2O bei –78°C. [b] Anteil

in mol%, Bestimmung durch 1H-NMR-Spektroskopie. [c] Bestimmt durch GPC-Analyse gegen

Polystyrol-Standards. [d] In THF.

Bei einem Einbau von 25 mol% des chiralen „Sergeants“ 49 (#3) liegen die Werte für

den spezifischen Drehwert ([ = -1980, c = 1.02 in THF) und die molare Elliptizität

(θ = -18743 mdeg m

25365]α

2 mol-1 bei 268 nm, c = 0.0966 mg/ml in THF) im Bereich der

Werte für literaturbeschriebene einhändig-helicale Polyarylisocyanate.[70, 89] Bei

weniger als 25 mol% des eingebauten „Sergeants“ nimmt der Betrag des spezifischen

Drehwertes relativ stark ab (#2), dagegen ist die Erhöhung des Drehwertbetrages bei

33 mol% „Sergeant“ eher gering (#4). Dies deutet darauf hin, dass das Copolymer mit

76


mindestens 25 mol% des „Sergeants“ (R)-3BOPIC 49 weitgehend in einer einzigen

Helix-Drehrichtung vorliegt.

Da bislang keine Copolymere des Isocyanates (R)-3BOPIC 49 beschrieben wurden,

stellte sich die Frage, ob die Bausteine im Copolymer statistisch verteilt sind oder ob ein

Blockcopolymer vorliegt.[94] Dies ist wichtig, da bei einem Blockcopolymer der

dirigierende Einfluss der „Sergeants“ auf den Helix-Gang in seiner Reichweite

beschränkt sein kann. Für asymmetrische Katalysen sollte der Helix-Gang über das

Polymer weitgehend einheitlich sein, um eine entgegengesetzte chirale Induktion der

verschiedenen Abschnitte zu vermeiden.

Zur Ermittlung der Baustein-Verteilung wird das Copolymer in THF/MeOH gelöst und

mit NaOMe versetzt, woraufhin es zum vollständigen Abbau kommt. Als Auftaktschritt

des Abbaus kann der nucleophile Angriff an die Acetyl-Gruppe angenommen waren,

die anschließende Abspaltung von Methylacetat führt zum deblockierten, deprotonierten

Polyisocyanat (Schema 4.22). Der weitere Abbau erfolgt gemäß dem in Kapitel 2.2.2

beschriebenen Mechanismus zum Trimeren 35.

N

N

N

OR

OR

O

R

35

Init.RN

O

n

O

NaOMe

RN

OOMeO

Na

Init.RN

O

n-1Na

O

NR

n/3

+ Init.

R

N

O

n-1 - MeOAc

p20

Schema 4.22 Wahrscheinlicher Mechanismus des Methanolat-induzierten Abbaus eines Polyisocyanates mit Acetyl-Endcapping.

Beim Abbau eines statistischen Copolymers ist eine gleichmäßige Verteilung der

Bausteine auf die Trimere zu erwarten, wohingegen aus einem Blockcopolymer

hauptsächlich Trimere aus jeweils einem Baustein resultieren würden. Nach Abbau von

poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) mit einem eingebauten Anteil des

„Sergeants“ von 25 mol% wurde festgestellt, dass die literaturbeschriebene Methode zur

Analyse der Carbonyl-Signale im 13C-NMR-Spektrum keinen Aufschluss liefert.[94]

77


Aufgrund der chemisch annähernd äquivalenten Umgebung überlappen die Peaks der

unterschiedlich substituierten Trimere. Daher wurde das Abbauprodukt mittels FD-

Massenspektroskopie untersucht (Abbildung 4.8).

35,7

43,4

15,4

5,6

N

N

N

OR

OR

O

R=

75%

25%R =

R =

OO

O

42

42

14

1,5

berechnetes Verhältnis für 25% :statististisch Block

75

25

0

0

Abbildung 4.8 Molpeaks aus dem FD-Massenspektrum des Abbauproduktes von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49).

Es ist erkennbar, dass im Bereich der Molpeaks, neben den Signalen der Homotrimere

(m/z = 537 und m/z = 573), die Signale der gemischten Trimere mit einem (m/z = 549)

bzw. zwei (m/z = 561) „Sergeant“-Bausteinen vorhanden sind.

Das erwartete Trimeren-Verhältnis aus einem Copolymer mit 25% statistisch verteilten

„Sergeant“-Bausteinen entspricht im Wesentlichen den Beträgen der gefundenen

Signalintensitäten. Damit ist bestätigt, dass poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-

co-49) weitgehend als Polymer mit statistisch verteilten Bausteinen vorliegt.

Als nächster Schritt war die Abspaltbarkeit der MOM-Schutzgruppen und der Einfluss

der dazu notwendigen sauren Bedingungen zu überprüfen. Die Abspaltung wurde

analog der beschriebenen Methode durchgeführt (Tabelle 4.5).

78


Tabelle 4.5 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49)[a].

N

O

Init.

O

mN

HO

O

n

p(100-co-49)poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

O

p(86-co-49)poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC)

TFA/H2O 9/1

CH2Cl2

N

O

Init.

O

mN

MOMO

O

n

O

# DS Anteil

(R)-3BOPIC Ausbeute

Mn[b]

[g mol-1]

PDI[b] DP[b] 365][ Dα [c] θmax[c]

1 347 11 quant. 11141 1.79 79 -1470 -9691

2 379 22 quant. 12017 1.86 82 -2003 -15425

3 329 25 quant. 15037 1.70 101 -2599 -18914

4 346 33 75% 18966 1.64 123 -2703 -20130

[a] Nach Umsetzung: Reinigung durch Umfällen aus THF/Et2O. [b] Bestimmt durch GPC-Analyse gegen

Polystyrol-Standards. [c] In THF.

Die Abspaltung der MOM-Gruppen verläuft vollständig, wie anhand der NMR-

Spektren nachweisbar war. Die Ausbeute nach Umfällen aus THF/Et2O ist quantitativ,

eine Ausnahme ist das Polymer mit 33% „Sergeant“-Anteil (#4, 75% Ausbeute).

Offensichtlich vermitteln die Alkyl-Seitengruppen des „Sergeants“ eine gewisse

Löslichkeit in Diethylether.

Die GPC-Analytik ergibt durchweg höhere Werte für die Molmasse Mn und den PDI im

Vergleich zu den geschützten Copolymeren (siehe Tabelle 4.4). Dies steht im Gegensatz

zur scheinbaren Verminderung der Molmasse bei der Abspaltung der Schutzgruppen

des Homopolymers poly-(3MOMOPIC) (siehe Kapitel 4.2.2) und kann möglicherweise

damit begründet werden, dass durch den Einbau der Ether-funktionalisierten Bausteine

kein intramolekulares Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen aufgebaut werden

kann. Die phenolischen Hydroxylgrupppen können daher eventuell intermolekulare

Wasserstoffbrückenbindungen etablieren, was durch partielle Aggregation zu einer

scheinbaren Erhöhung des effektiven hydrodynamischen Radius führen kann.

79


Die Beträge der spezifischen Drehwerte der Copolymere p(100-co-49) sind im

Vergleich zu den geschützten Derivaten stark um 31-57% erhöht. Ab einem 49-Anteil

von 25 mol% (#3, [ = -2599, c = 0.985 in THF) ist der Betrag des Drehwertes

höher als bei jedem anderen bislang bekannten Polyisocyanat-Copolymer. Nach

aktuellen Literaturrecherchen ist der bislang höchste publizierte Betrag [ = -2298

für ein Copolymer aus je 50 mol% 3MeOPIC und 40 (S)-3PEAPIC 48 (siehe Kapitel

2.2.4)).

25365]α

25365]α

[43] Der spezifische Drehwert von p(100-co-49) hat sich nach 2 Monaten in

Lösung nicht verändert, dies zeigt die Stabilität der Polyisocyanate in neutraler

Umgebung.

Die molare Elliptizität ändert sich durch die Abspaltung der MOM-Schutzgruppen nur

geringfügig (Abbildung 4.9).

200 250 300 350 400-30000

-20000

-10000

0

10000

λ [nm]

p co(86- -49)

p co(100- -49)



θ[

deg

m2m

ol-1]

m

Abbildung 4.9 CD-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) und poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit einem 49-Anteil von jeweils 25 mol%.

Dies weist auf das Vorhandensein einer helicalen Überstruktur mit vollständig einheit-

lichem Drehsinn hin. Um dies zu überprüfen, sollten Versuche zur zusätzlichen chiralen

Induktion weiterer Bereiche mit einsinnig helicaler Konformation durchgeführt werden.

In Kapitel 4.2.2 wurde beschrieben, dass mit (+)-PMP in ein achirales Polymer aus

3HOPIC-Bausteinen ein Helix-Enantiomerenüberschuss induziert werden kann. Falls

eine derartige Induktion zu noch höheren optischen Aktivitäten bei dem vorliegenden

80


Copolymer poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) führen würde, könnte dies auf

eine ursprünglich nicht vollständig einheitliche Helixkonformation hinweisen.

Die Zugabe von 0.4 äq (bezüglich der freien Hydroxylgruppen) (+)-PMP zu einer

Lösung des Polymers induzierte einen deutlichen Anstieg des Betrags des spezifischen

Drehwertes von [ = –2599 auf –3052 (c = 0.985 in THF) (Abbildung 4.10). 25365]α

+ 0.4 äq (+)-PMP

NH

N

101

(+)-PMP

[α] 3

6525

0 100 200 300 400

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

Zeit [min]

ohne PMP

+ 0.6 äq (+)-PMP

N

O

Init.

O

mN

HO

O

n

O

m/n = 75/25p(86- -49)co

Abbildung 4.10 Drehwert-Zeit-Diagramm von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit 0.4 und 1.0 äq (bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP 101 (c = 0.985 in THF).

Der Drehwert nimmt durch die bekannte Zersetzung des Polymers unter basischen

Bedingungen schnell ab, durch erneute Zugabe von 0.6 äq (+)-PMP nach 180 Minuten

kann noch eine weitere leichte Erhöhung des Drehwertes erzielt werden.

Um auszuschließen, dass allein die Deprotonierung des Polymers durch die Base einen

Konformationswechsel und damit einen höheren Drehwert induziert, wurde das

Experiment mit dem achiralen Pyrrolidin anstelle (+)-PMP wiederholt. Dabei zeigte

sich eine nur leichte Reduzierung des Betrags des spezifischen Drehwerts um 7%. Das

bedeutet, dass nicht die Deprotonierung oder die Säure-Base-Wechselwirkung bei der

(+)-PMP-Zugabe einen erhöhten Drehwert-Betrag induziert, sondern dass eine

Wechselwirkung der stereogenen Zentren des Amins mit den Bausteinen auftritt.

Die Messung des Einflusses von (+)-PMP auf das CD-Signal von poly-(3HOPIC-co-

(R)-3BOPIC) p(86-co-49) sollte zeigen, ob sich das helicale Polymer-Rückgrat

verändert oder ob die chirale Induktion nur die Seitengruppen berührt. Das Experiment

81


der Zugabe von 1 äq (+)-PMP ergab keine weitere Induktion im Bereich der Amid-

Bande des Rückgrats (von θ = -18914 auf θ = -18662 mdeg m2 mol-1 bei 270 nm,

c = 0.0920 mg/ml in THF). Die chirale Induktion (erkennbar am Ansteigen des Betrages

des spezifischen Drehwertes) wirkt sich offenbar nur auf die Ausrichtung der Seiten-

gruppen des Polymers aus: da eine zusätzliche Induktion in das Rückgrat nicht mehr

möglich ist, scheint das Polymer mit einheitlichem Drehsinn vorzuliegen.

Durch kombinierte chirale Induktion der „Sergeant“-Bausteine (R)-3BOPIC 49 und der

Wechselwirkung mit der chiralen Base (+)-PMP konnte somit gezeigt werden, dass

poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit einem „Sergeant“-Anteil von 25 mol%

als helicales Polymer mit einheitlichem Helix-Drehsinn vorliegt.

Dies ist für Katalysetests wichtig, um die unterschiedliche Induktion entgegengesetzter

Helix-Bereiche auszuschließen. Andererseits war der Anteil an (R)-3BOPIC-Bausteinen

klein zu halten, da möglichst wenig chirales Startmaterial eingesetzt werden soll und die

Anzahl an Donorstellen zu maximieren war.

Daher wurden die Polymere mit einem Anteil von 25 mol% an (R)-3BOPIC 49 für die

nachfolgenden Katalysetests eingesetzt.

4.3 Einsatz der Polyarylisocyanate in Katalysetests

Für die Polyarylisocyanate sollten die gleichen Modellkatalysen durchgeführt werden,

die schon mit Komplexen der Polyalkylisocyanate getestet wurden. Dazu waren analoge

Titan-Komplexe des Copolmyers poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) herzu-

stellen.

Die Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66 wurde von den funktionalisierten

Polyalkylisocyanaten in Gegenwart von Ti(OiPr)4 katalysiert (siehe Kapitel 3.3).

Analog der Komplexierung von poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15) wurde

die Komplexierung poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit Ti(OiPr)4

durchgeführt, dabei entstand jedoch ein in THF unlöslicher Niederschlag. Bei der

Katalyse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66 ergab sich daher nur ein

relativ geringer Umsatz (#1 in Tabelle 4.6).

Einige phenolische Liganden katalysieren auch ohne Zusatz eines Titan-Komplexes die

Reaktion, daher wurde die Katalyse mit p(86-co-49) ohne Ti(OiPr)4 wiederholt (#2 in

Tabelle 4.6). Bei diesem Ansatz fiel das Polymer nach Zugabe von Diethylzink aus, es

82


konnte ebenfalls nur minimale katalytische Aktivität festgestellt werden. Beide Umsätze

lagen im gleichen Bereich wie bei der Reaktion ohne Zugabe eines Liganden, die

Enantiomerenüberschüsse waren mit 0.8% bzw. 2.3% sehr gering (#5 in Tabelle 4.6).

Tabelle 4.6: Ergebnisse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd[a].

H

O OH

Et2Zn+

LigandTi(OiPr)4

RT, THF

66 67

# DS Ligand

Ti(OiPr)4

[äq]

Zeit

[h] Umsatz[b]

[%]

ee[b]

[%]

Konfig.[b]

1 407 p(86-co-49), 1.4 168 56 0.8 R

2 408 p(86-co-49) - 168 47 2.3 S

3 402 (S)-BINOL 1.4 40 87 85 S

4 403 (S)-BINOL - 40 3.1 31 S

5 415 - 1.4 168 38 - -

[a] Der Katalysator wurde durch Mischen des Liganden p(86-co-49) mit Ti(OiPr)4 in THF bei 25°C für

1 h und anschließendem Evakuieren hergestellt, die Reaktion wurde bei Raumtemperatur in THF

durchgeführt; es wurden jeweils 1 äq Benzaldehyd, 3 äq Diethylzink und 0.2 äq (bez. auf 2 OH-Gruppen)

Ligand eingesetzt. [b] Bestimmt durch Gaschromatographie mit einer chiralen Säule.

Die analoge Reaktion mit (S)-BINOL (S)-58 als Ligand ergab nach 40 Stunden einen

Umsatz von 87% bei einem ee von 85% (#3). Die unzureichende Aktivität des poly-

meren Komplexes wird auf seine Unlöslichkeit zurückgeführt. Die Stabilität des

Polymers unter den stark basischen Bedingungen (keine Trimerbildung bei der DC-

Kontrolle) ist entweder ebenfalls auf dessen Unlöslichkeit oder auf die sterische

Abschirmung des Rückgrates durch die komplexierten Metallatome zurückzuführen.

Das Polymer poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) bildet durch Komplexierung

des Ti(OiPr)4 bzw. Et2Zn in THF unlösliche Aggregate, daher scheint es nicht als

Katalysator für die Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66 geeignet zu sein.

Es sollten daher andere Titan-Komplexe als Katalysatoren für weitere Reaktionen

getestet werden. Komplexe mit Titan(IV)chlorid wurden bereits als katalytisch aktive

Lewissäuren beschrieben (siehe Kapitel 2.3.2), eine analoge Komplexierung des

Polymers bot sich daher auch hier an.

83


Die Abspaltung von TMS-Schutzgruppen unter gleichzeitiger Komplexierung mit TiCl

wurde bereits beschrieben. Da die MOM-Schutzgruppen von poly-(3MOMOPIC-co-

(R)-3BOPIC) p(100-co-49) unter sauren Bedingungen ebenfalls quantitativ entfernbar

waren, sollte auch mit diesem Copolymer einen entschützende Komplexierung

durchgeführt werden. Da zur Löslichkeitsvermittlung ohnehin die Zugabe einer

gewissen Menge THF vorgesehen war, sollte statt TiCl der Komplex TiCl ·2THF zur

Komplexierung herangezogen werden. So können pro Titan-Zentrum definiert zwei

THF-Moleküle angebunden werden. Die dabei zugrunde liegende Absicht war, eine

Desaktivierung bei Zugabe eines größeren Überschusses an THF durch eine vollstän-

dige Absättigung des Metallzentrums zu vermeiden.

4

4 4

Um zu testen, ob die Komplexierung unter Abspaltung der MOM-Schutzgruppen

möglich ist, wurde zunächst das achirale poly-(3MOMOPIC) p100 mit TiCl ·2THF in

CH Cl umgesetzt. Nach Zugabe von 0.5 äq TiCl ·2THF pro MOM-Gruppe fällt bei

Raumtemperatur ein orangefarbener Niederschlag aus.

4

2 2 4

N

O

Init.

O

N

O

O

n

poly-(3MOMOPIC)

O

O O

TiCl4*2THF

CH2Cl2

0°C -> RT

N

O

Init.

O

N

O

O

n

OTi

Cl Cl

p100 p112 TiCl2

n n

Abbildung 4.11 Entschützende Komplexierung von poly-(3MOMOPIC) p100 mit TiCl ·2THF. 4

Der Niederschlag lässt sich auch durch Zugabe von THF nicht auflösen. Da das

entschützte Polymer poly-(3HOPIC) THF-löslich ist, kann dies (neben der intensiven

Färbung) als Hinweis auf die Komplexierung gewertet werden. Im IR-Spektrum ist die

Amid-Carbonylbande des Komplexes in Richtung höhere Wellenzahlen verschoben

(von 1749.0 nach 1763.6 cm-1). Dies bedeutet, dass die Komplexierung nicht über die

Carbonyl-Gruppen des Rückgrates zustande kommt, da eine Verschiebung in entgegen-

gesetzter Richtung zu erwarten wäre.

Eine analoge Komplexierung von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49)

sollte trotz der Unlöslichkeit beim Komplex des Homopolymers versucht werden, da

84


durch den Anteil an (R)-3BOPIC-Bausteinen eine erhöhte Löslichkeit vermutet werden

kann. Die konformationellen Freiheitsgrade dieser Bausteine sollten auch im polymeren

Komplex einen positiven Einfluss auf die Löslichkeit ausüben. Die Komplexierung

wurde bei –20°C mit 0.5 äq TiCl4·2THF pro MOM-Gruppe in CH2Cl2 durchgeführt, die

Lösung wird nach Zugabe der Lewissäure sofort orange. Nach 16 Stunden bei dieser

Temperatur findet keine sichtbare Veränderung statt. Durch Erwärmung auf Raum-

temperatur fällt bei ca. 10°C ein orangefarbener Niederschlag aus (Schema 4.23).

O

mN

O

O

n

O

O O

TiCl4*2THF

CH2Cl2

-20°C -> RT

N

OO

mN

O

O

n

OTi

Cl Cl

N

O

Init.

O

N

p(100-co-49)poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

O

N

O

Init.

O

p(112-co-49) TiCl2

m m

Schema 4.23 Entschützende Komplexierung von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) mit TiCl4·2THF.

Der orangefarbene Festkörper löst sich nicht in CD2Cl2, nach Zugabe von 10% THF-d8

geht der Niederschlag vollständig in Lösung. Im 1H-NMR-Spektrum ist die Verminde-

rung der Signal-Intensität der OMOM-Signale (δ = 3.3 und 4.8 ppm) auf ca. 20% des

Ursprungswertes erkennbar (Abbildung 4.12).

Weiterhin findet eine partielle Tieffeld-Verschiebung der Aromatensignale in den für

Aromaten typischen Bereich über δ = 7 ppm statt. Dies kann dadurch erklärt werden,

dass sich die Aromaten bei der Komplexierung neu zueinander ausrichten. Im un-

komplexierten Polymer sind die Aromaten-Signale hochfeldverschoben durch die

Beeinflussung der Ringströme in der sterisch dicht gepackten Anordnung. Die Staffe-

lung wird vermutlich durch die Ausrichtung bei der Komplexierung teilweise aufge-

hoben. Dies betrifft nicht alle Aromaten, die (R)-3BOPIC-Bausteine sind vermutlich

nicht an der Komplexierung beteiligt und erfahren daher keine Aufhebung der Hoch-

feld-Verschiebung.

85


A

B

3 P1245678

THF

THF

PM

Aromat OCH3

OC OH2

CHDCl2

Aromat

OCH3

OC OH2

sec-Butoxy-(C , C )H H3 2

Abbildung 4.12 A 1NMR-Spektren von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49), B 1NMR-Spektren nach der entschützenden Komplexierung mit TiCl4·2THF zu p(112-co-49)·TiCl2 (300 MHz, 298 K, CD2Cl2 mit 10% THF-d8).

Dieser Befund wurde als Hinweis auf eine erfolgreiche Komplexierung gewertet. Der

Komplex sollte als chirale Lewissäure in asymmetrischen Katalysen eingesetzt werden.

Vor Zugabe des THF zur Löslichkeitsvermittlung wurde zusätzlich mit CH2Cl2

gewaschen, um eine Katalyse durch unkomplexiertes TiCl4 oder andere, nicht ans

Polymer gebundene Titan-Spezies auszuschließen.

Als erstes Testsystem sollte, wie bei den Polyalkylisocyanaten (siehe Kapitel 3.3), die

Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 mit Methacrolein 64 dienen (Schema

4.24).

-20°C -> RT

CH2Cl2/THF 3/1

p(112-co-49) TiCl2CHO

CHO+

83 64 84

0.033 äq

Schema 4.24 Katalysetest mit p(112-co-49)·TiCl2: Reaktion von Cyclopentadien 83 mit Methacrolein 64.

Die Reaktion wurde im homogenen Medium bei Raumtemperatur durchgeführt,

allerdings entstand das Produkt 84 laut NMR-Analyse nur in Spuren. Entsprechend dem

86


Vorgehen bei den Katalysetests mit den Polyalkylisocyanaten wurde daher als höher

reaktive Dien-Komponente E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 ausgewählt und mit Methac-

rolein 64 als Dienophil umgesetzt (Schema 4.25).

+

3 d, RT63

OCHO

CHO

O

CH2Cl2/THF 3/1

O O

64 65

p(112-co-49) TiCl2

0.2 äq

Schema 4.25 Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und Methacrolein 64, als Testkatalyse für p(112-co-49)·TiCl2.

Auch bei dieser Reaktion konnte das Produkt nur als Spur im 1H-NMR-Spektrum

gefunden werden. Dies zeigt, dass die Lewissäure-Aktivität des Komplexes nicht

ausreicht, um die beschriebenen Reaktionen zu katalysieren oder dass die Reaktanden

das aktive Zentrum durch sterische Abschirmung nicht erreichen können. Die nächste

Modellreaktion sollte daher ein noch reaktiveres System sein, um zu testen, ob eine

Katalyse prinzipiell stattfinden kann. Für Diels-Alder-Reaktionen mit normalem

Elektronenbedarf bietet sich ein Fumarsäure-Derivat als Dienophil an, da die Substitu-

tion mit zwei elektronenziehenden Gruppen eine starke Aktivierung bedeutet. Die

Reaktion von Cyclopentadien 83 und Dimethylfumarat 113 wurde als Modellreaktion

durchgeführt (Tabelle 4.7).

Der Ansatz mit p(112-co-49)·TiCl2 (#1) als Katalysator ergab nach 3 Tagen vollstän-

digen Umsatz und eine isolierte Ausbeute von 81%, die Messung des spezifischen

Drehwertes zeigte jedoch, dass keine chirale Induktion in das Produkt stattfand (#1 in

Tabelle 4.7).[167] Eine parallel durchgeführte Reaktion ohne Lewissäure-Katalysator

ergab 96% Ausbeute (#2), die Verbesserung der Ausbeute ist auf die einfachere

Aufarbeitung zurückzuführen.

87


Tabelle 4.7: Ergebnisse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Dimethyl-fumarat 113[a].

CH2Cl2/THF

MeOOC

COOMe COOMe

COOMe

113 114

+

83

p(112-co-49) TiCl2

0.1 äq

# DS Kat.

Zeit

[h]

Temp.

[°C]

Ausbeute

[%] ee[b]

[%]

1 357 p(112-co-49)·TiCl2 72 RT 81[c] 0

2 362 - 72 RT 96[c] -

3 358 p(112-co-49)·TiCl2 16+2 -78 bis -20[d] 34 0

4 363 - 16+2 -78 bis -20[d] 0 -

[a] Der Katalysator wurde hergestellt durch Reaktion von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-

49) mit 0.5 äq TiCl4·2THF pro MOM-Enheit in CH2Cl2 bei 25°C für 30 Min. und anschließendem

Evakuieren. Nach Waschen mit CH2Cl2 wurde der Komplex in CH2Cl2/THF 10/1 gelöst. Es wurden

jeweils 10 äq Dimethylfumarat und 20 äq Cyclopentadien bezogen auf die Titan-Spezies eingesetzt.

[b] Bestimmt durch Messung des spezifischen Drehwertes in CHCl3. [c] Quantitativer Umsatz laut DC-

Kontrolle. [d] 16 h bei –78°C, dann 2 h bei -20°C.

Um die - offenbar schnelle - Hintergrundreaktion zu unterdrücken, sollte die Reaktion

bei tieferer Temperatur durchgeführt werden. Bei -78°C war das Dimethylfumarat 113

weitgehend unlöslich, die Reaktion wurde daher nach 16 h bei -78°C noch 2 Stunden

bei -20°C unter homogenen Bedingungen ausgeführt (#3). Die Ausbeute war mit 34%

gegenüber den Ansätzen bei Raumtemperatur deutlich reduziert, bei der analogen

Reaktion ohne Katalysator (#4) fand überhaupt kein Umsatz statt. Offenbar hat der

Komplex p(112-co-49)·TiCl2 an der Reaktion als Katalysator teilgenommen, die

Messung des spezifischen Drehwertes ergab jedoch auch hier keinen Enantiomeren-

überschuss im Produkt.

Im Gegensatz zu den beiden ersten Modellreaktionen, die zu Beginn dieses Kapitels

vorgestellt wurden, läuft diese Diels-Alder-Addition sehr schnell ab. Um eine Optimie-

rung bei höheren Temperaturen zu ermöglichen, sollte ein weniger reaktives System

gewählt werden. Da die Aktivierung des Dienophils durch zwei elektronenziehende

88


Gruppen relativ stark war, sollte wieder ein Olefin mit nur einem Elektronenakzeptor-

Substituenten eingesetzt werden. Weiterhin erschien es sinnvoll, die Koordination des

Dienophils an den Komplex zu verstärken, um den Einfluss des helicalen Rückgrates

auf den Verlauf der Katalyse zu vergrößern.

Es gibt Hinweise darauf, das beide Carbonyl-Gruppen von Acyloxazolidinonen mit

Ti(IV)-Spezies koordiniert und aktiviert werden.[168, 169] Titandichlorid-Komplexe von

TADDOL-Derivaten wurden bereits erfolgreich als Katalysator für die Diels-Alder-

Reaktion von Acyloxazolidinonen eingesetzt.[113, 169-171] Ein Acyloxazolidinon-Derivat

schien daher auch für eine entsprechende Diels-Alder-Katalyse mit p(112-co-49)·TiCl2

geeignet zu sein.

Die entsprechende Reaktion von N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 (hergestellt nach

Literaturangaben[168, 172]) mit Cyclopentadien wird durch den beschriebenen Komplex

p(112-co-49)·TiCl2 katalysiert (Tabelle 4.8).

Tabelle 4.8: Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115, katalysiert mit einem Komplex aus p(100-co-49) und TiCl4·2THF[a] .

O N

O O

OO

N

O

O

ON

O+

+

115

116 117endo exo

83

+ TiCl4 2THF

poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC)

p(100-co-49)

# DS äq[b]

Ligand

äq[b]

TiCl4·2THF

Ti/

MOM

Zeit

[h]

endo/

exo[c]

Ausbeute[d]

endo [%]

ee[e]

[%]

Konfig.[e]

1 366 0.2 0.1 0.5 16 83/17 32 0.4 R

2 367 - - . 80 - 0 - -

3 387 0.2 0.05 0.25 80 81/19 51 0.0 -

4 388 0.2 0.05 0.25 80 79/21 43 0.0 -

[a] Reaktion in CH2Cl2/THF 10/1 (# 1 und # 2) bzw CH2Cl2 (# 3 und # 4) bei RT. In # 4 wurde die

Komplex-Lösung ohne weitere Trocknung im Vakuum direkt verwendet. Es werden 1 äq N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115 und 3 äq Cyclopentadien 83 eingesetzt. [b] Die Äquivalente beziehen sich auf 1 äq

N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115. [c] Bestimmt durch 1H-NMR-Spektroskopie. [d] Nach säulenchroma-

tographischer Reinigung über Kieselgel mit PE/EE 5/1. [e] Bestimmt durch Drehwert-Korrelation.

89


Die endo-Selektivität ist mit 81% befriedigend, allerdings ist die Ausbeute mit 30%

(bezogen auf das endo-Produkt) gering und es wurde kein nennenswerter ee in das

Produkt 116 induziert (# 1 in Tabelle 4.8). Bei dem analogen Ansatz ohne Zugabe eines

Komplexes (#2) bildet sich kein Produkt, daher scheint eine Katalyse an dem Komplex

stattzufinden.

Möglicherweise kann das (zur Lösung des Komplexes notwendige) THF eine so dichte

Koordinationssphäre um das Titan-Zentrum bilden, dass die Katalyse inhibiert bzw. die

chirale Induktion beinträchtigt ist. Daher wurden analoge Komplexe mit 0.25 äq

TiCl4·2THF pro MOM-Gruppe im Polymer p(100-co-49) hergestellt, diese waren ohne

weitere Zugabe von THF in CH2Cl2 löslich und wurden für die Katalyse eingesetzt.

Trotz der auf 80 Stunden verlängerten Reaktionszeit konnte das endo-Additionsprodukt

116 nur in 51 bzw. 43% Ausbeute isoliert werden. Da auch bei diesen Reaktionen kein

Chiralitätstransfer bei der Katalyse in das Produkt stattfand, sollte geklärt werden, ob

die Komplexierung unter gleichzeitiger Entschützung prinzipiell zur Generierung eines

Katalysators geeignet ist.

Deswegen wurde der Komplex durch zweistufige Synthese (Abspaltung der Schutz-

gruppen von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) und Komplexierung des

poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit TiCl2(OiPr)2) hergestellt und in der

Katalyse eingesetzt. Die Reaktion wurde in CH2Cl2/THF 1/1 durchgeführt, um das

entschützte Polymer poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) zu lösen. Bereits ab

einer Temperatur von +5°C fand eine Umsetzung statt, nach 24 Stunden konnte das

endo-Produkt 116 in 16% Ausbeute isoliert werden; eine optische Induktion fand aber

wiederum nicht statt (# 1 in Tabelle 4.9).

90


Tabelle 4.9: Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115, katalysiert durch Komplexe aus TiCl2(OiPr)2

[a].

O N

O O

OO

N

O

O

ON

O+

+

115

116 117endo exo

83

+ TiCl2(OiPr)2

Ligand

# DS Ligand LM Zeit

[h]

T

[°C]

endo/

exo[a]Ausbeute[c]

endo [%]

ee[d]

[%]

Konfig.

[d]

1 396 p(86-co-49) CH2Cl2/THF 24 +5 84/16 16 0.0 -

2 397 (S)-BINOL CH2Cl2/THF 24 +5 85/15 22 3.2 S

3 411 p(86-co-49) CH3CN 16 -5 85/15 82 0.59 R

4 412 - CH3CN 168 RT - 0 - -

[a] Reaktion in CH2Cl2/THF 1/1 (# 1 und # 2) bzw CH3CN (# 3 und # 4). Bezogen auf N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115 wurden 0.2 äq Titan-Komplex und 5 äq Cyclopentadien 83 eingesetzt [b] Bestimmt

durch 1H-NMR-Spektroskopie. [c] Nach säulenchromatographischer Reinigung über Kieselgel mit PE/EE

5/1. [d] Bestimmt durch Drehwert-Korrelation

Bei einer analog durchgeführten Reaktion mit (S)-BINOL (S)-58 als Ligand entstand

das Produkt 116 auch nur in 22% Ausbeute (# 2), die chirale Induktion ist mit 3.2%

ebenfalls verschwindend gering. Dies legt nahe, dass – wie bereits vermutet – THF zur

Desaktivierung der Lewissäure-Aktivität der Komplexe führt. Daher sollte ein Lösungs-

mittel gefunden werden, das die Titan-Zentren weniger stark koordinieren kann, aber

sowohl das Polymer poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) als auch den ent-

sprechenden Titan-Komplex löst. Da Titan-Komplexe als stark oxophil gelten, war ein

Lösungsmittel ohne Sauerstoff-Gruppen zu bevorzugen.

Wie sich bei Löslichkeitstests mit dem Polymer poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC)

herausstellte, kam Acetonitril als Lösungsmittel in Frage. Die Komplexierung von poly-

(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) mit TiCl2(OiPr)2 (0.4 äq bezüglich der OH-Gruppen) wurde

in Acetonitril durchgeführt und der lösliche Komplex direkt als Katalysator eingesetzt.

Bereits bei einer Temperatur von –5°C zeigte sich nach einer Stunde ein deutlicher

Umsatz und nach 16 Stunden bei dieser Temperatur war die Reaktion zum Produkt 116

vollständig (#3 in Tabelle 4.9) Die isolierte Ausbeute des endo-Produktes betrug 82%,

91


allerdings ist der ee mit 0.6% (R) nahe null. Um auszuschließen, dass das Lösungsmittel

allein die Reaktion katalysiert, wurde noch ein analoger Versuch in Actonitril ohne

Zugabe einer Lewissäure durchgeführt, dabei zeigte sich selbst nach sieben Tagen bei

Raumtemperatur kein Umsatz (#4).

Die Katalyse durch den Komplex aus poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) und

TiCl2(OiPr)2 in Acetonitril verläuft, relativ zu den Varianten unter Zusatz von THF,

sehr schnell. Es konnte gezeigt werden, dass die Katalyse von Diels-Alder-Reaktionen

an den Titan-Komplexen der helicalen Polyarylisocyanate möglich ist. Die Tatsache,

dass nur eine sehr geringe chirale Induktion stattfand, ist vermutlich auf die für diese

Reaktionen ungeeignete Komplexgeometrie zurückzuführen. Diese ist bei polymeren

Komplexen bislang kaum erforscht, daher ist auf dem Gebiet der polymeren Liganden

noch größerer Forschungsbedarf vorhanden.

92

5 Zusammenfassung und Ausblick Um das synthetische Spektrum auf dem Gebiet der asymmetrischen Katalyse zu

erweitern, sollten helical-chirale Polymere mit niedriger Helix-Inversionsbarriere als

neue Ligandenklasse erschlossen werden. In der vorliegenden Arbeit wurden helicale,

hydroxyl-funktionalisierte Polyisocyanate hergestellt und als Liganden in asymmet-

rischen Modellkatalysen eingesetzt.

Im Wesentlichen wurden folgende Ziele erreicht:

1) Die Synthese des bislang nicht literaturbekannten Isocyanats 3TMSOPIC 81 und

dessen anionische Copolymerisation mit (R)-DMHIC 15 als chiralem „Sergeant“ gelang

mit 70% Ausbeute (Schema 5.1). Von dem helical-chiralen Copolymer konnten die

Trimethylsilylschutzgruppen unter Erhalt des Polymers von den phenolischen

Hydroxylgruppen entfernt werden.

DMF, -65°C

NaCN

OTMS

N C ON

O

CN

O

mN

H

n

OTMS

+N C O

81 15 p(81-co-15)

70%

poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC)3TMSOPEIC (R)-DMHIC

m / n =41 / 59

Schema 5.1 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15.

2) Das entstandene Copolymer p(77-co-15) wurde erfolgreich als Ligand für die

Ti(OiPr)4-vermitteltelte Addition von Diethylzink an Benzaldehyd eingesetzt. Die

Enantiomerenüberschüsse (ee) des Katalyseproduktes lagen bei bis zu 7.8% (Schema

5.2).

H

O OH

Et2Zn+

0.1 äq p(77-co-15)

1.4 äq Ti(OiPr)4

66 (R)-67

CH2Cl2

N

O

CN

O

mN

H

n

OH

p(77-co-15)

m / n = 41 / 59

ee = 7.8%

67%

Schema 5.2 Addition von Diethylzink an Benzaldehyd, katalysiert durch p(77-co-15) und Ti(OiPr)4.

93

5 Zusammenfassung und Ausblick

3) Nach Monte-Carlo-Simulationen wurde als optimierte phenolische Einheit der

Arylbaustein 3HOPIC 86 identifiziert. Das in der Literatur unbekannte, Actetal-

geschützte Isocyanat 3MOMOPIC 100 wurde als geeigneter Precursor gefunden; die

anionische, lebende Polymerisation gelang mit Lithiumpiperidid als Initiator; die

acidolytische Entschützung verlief quantitativ (Schema 5.3).

N

OMOM

C O

3MOMOPIC

TFA/H2O 9/1

CH2Cl2

Li-Piperidid

THF, -95°C

N

OR

Init.n

p100OMOM

poly-(3MOMOPIC)

N

OR

Init.n

p86

OH

poly-(3HOPIC)

100

Schema 5.3 Darstellung von poly-(3HOPIC) p86 aus 3MOMOPIC 100.

4) Analog zu 3) wurden Copolymere mit den chiralen „Sergeant“-Bausteinen (S)-

3PEAPIC 48 und (R)-3BOPIC 49 hergestellt. Die Abspaltung der MOM-Schutzgruppen

zu den freien Phenolen (Abbildung 5.1) gelang in allen Fällen, bei dem Copolymer

p(86-co-49) wurden die höchsten bislang bekannten spezifischen Drehwerte (z.B.:

= -2704 bei 33 mol% (R)-3BOPIC-Anteil) für Polyisocyanat-Copolymere

gefunden.

25365][α

N

O

Init.

O

mN

HO

O

n

p(86-co-48)poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC)

HN

O

Ph

m/n = 73/27

N

O

Init.

O

mN

HO

O

n

O

p(86-co-49)poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC)

m/n = 89/11 bis 67/33

[α] = -187325

365[α] = -1470 bis -270425

365

Abbildung 5.1 Copolymere aus den Bausteinen 3HOPIC und (S)-3PEAPIC p(86-co-48) bzw. (R)-3BOPIC p(86-co-49).

Durch eine zuvor noch nicht bekannte Kombination der chiralen Induktionen des

Bausteins (R)-3BOPIC 49 und der Base (+)-PMP wurde gezeigt, dass das Polymer

94


p(86-co-49) mit einem (R)-3BOPIC-Anteil von 25% in vollständig einheitlicher Helix-

Gangrichtung vorliegt.

5) Für die Durchführung von Testreaktionen wurden Titan-Komplexe hergestellt. Der

Komplex aus poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) und Ti(OiPr)4 war unlöslich

und beschleunigte die Addition von Diethylzink an Benzaldehyd nicht wesentlich.

Aus dem Copolymer poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) wurden direkt

durch entschützende Komplexierung mit TiCl4·2THF oder durch Abspaltung der

Schutzgruppen und Umsetzung mit TiCl2(OiPr)2 Titanchlorid-Komplexe p(112-co-

49)·TiCl2 hergestellt. Die Komplexe eignen sich zur Katalyse der Diels-Alder-

Reaktionen von Cyclopentadien 83 mit Dimethylfumarat 113 bzw. N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115. Die Zugabe von THF zur Löslichkeitsvermittlung führte zur

Herabsetzung der katalytischen Aktivität, in Acetonitril konnte aber eine schnelle

Reaktion der Eduke erreicht werden. Die Produkte entstanden bei den durchgeführten

Testkatalysen allerdings nur mit sehr geringen Enantiomerenüberschüssen.

MeOOC

COOMe

113

+

83

O N

O O

OO

N

O

+

115116

83

N

OO

mN

O

O

n

OTi

Cl Cl

N

O

Init.

O

p(112-co-49) TiCl2

COOMe

COOMe

114

Katalysator:

m

2m / n : 75 / 25

Schema 5.4 Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Dimethylfumarat 113 bzw. N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 katalysiert durch p(112-co-49)·TiCl2.

Es konnten damit helicale, hydroxylfunktionalisierte Polyisocyanate hergestellt, mit

Titan als Übergangsmetall in Komplexe überführt und die prinzipielle Eignung als

Katalysatoren in asymmetrischen C-C-Verknüpfungen gezeigt werden.

95


Diese Arbeit hat die Grundlagen für einen neuen Bereich der asymmetrischen Katalyse

geschaffen, eine weitere Forschung auf dem Gebiet der Anwendung helicaler Polymere

mit niedriger Helix-Inversionsbarriere erscheint sinnvoll. Insbesondere die Verbes-

serung der chiralen Induktion sollte im Zentrum weiterer Untersuchungen liegen. Dazu

könnten Polymere mit verbesserten Löslichkeiten dienen, da sich der Einfluss koordi-

nierender Lösungsmittel wie THF negativ auf den Gang der Katalyse auswirken kann.

Hierzu ist die Einpolymerisation löslichkeitsvermittelnder, chemisch indifferenter

Bausteine (z.B. mit langen Alkylketten) wie 118 oder „Sergeants“ mit verlängerten

Seitenketten wie 119 in das Polymer denkbar (Abbildung 5.2).

N C O

O

118

N C O

O

119

Abbildung 5.2 Vorschläge für Isocyanat-Bausteine, die durch lange Alkylketten löslichkeits-vermittelnd wirken: 118 und 119.

Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der asymmetrischen Induktion ist die Festlegung

einer definierten Komplexgeometrie durch Anwendung mehrzähniger Liganden-

bausteine. Im Gegensatz zu der in dieser Arbeit angestrebten Windungs-überbrücken-

den Komplexierung sollte ein Übergangsmetallatom pro Polymerbaustein angebunden

werden. Dadurch soll die Anordnung im Komplex auf eine durch den Liganden

determinierte Geometrie beschränkt sein. Ein denkbares Beispiel ist der Biphenyl-

Baustein 120 (Abbildung 5.3).

N

O

n

p120

OHOH

Abbildung 5.3 Vorschlag für einen Isocyanat-Baustein mit zwei phenolischen Hydroxyl-gruppen.

96


Die helicale Chiralität des polymeren Rückgrates könnte in die axiale Chiralität der

Biphenyl-Einheit übertragen werden und dadurch indirekt Einfluss auf den Gang

asymmetrischer Synthesen ausüben. Dieser Baustein wäre somit strukturell näher an

dem niedermolekularen Vorbild BINOL 58 angesiedelt.

Ein anderer Ansatz zur Etablierung der helicalen Polyisocyanate als asymmetrische

Katalysatoren wäre die Substitution der Hydroxylgruppen bei den vorgestellten

Bausteinen durch andere Donoren wie Phosphor- oder Stickstoff-tragende Gruppen.

Damit würden auf dem Gebiet der Katalyseforschung weitere interessante Felder

eröffnet.

97

6 Experimenteller Teil

6.1 Allgemeine Arbeitsbedingungen und Analysengeräte

Die analytischen Daten wurden mit Hilfe folgender Geräte in Mainz (MZ) bzw.

Darmstadt (DA) bestimmt.

Schmelzpunkte (Schmp.) wurden mit einer Schmelzpunktbestimmungs-Apparatur nach

Dr. Tottoli der Fa. Gallenkamp aufgenommen und sind unkorrigiert.

Kernresonanz-Spektroskopie (NMR): DRX 500 (DA), DRX 400 (MZ), AM 400

(MZ), ARX 300 (DA), AC 300 (DA). Die chemischen Verschiebungen sind in ppm

angegeben und beziehen sich in 1H-NMR- und 13C-NMR- Spektren auf Tetramethyl-

silan (TMS) als internem Standard. Wenn kein TMS zugesetzt war, wurde auf das

Signal (1H bzw. 13C) des eingesetzten Lösungsmittels kalibriert: CDCl3 (δCHCl3 = 7.26

ppm, δCDCl3 = 77.16 ppm), CD2Cl2 (δCHDCl2 = 5.32 ppm, δCD2Cl2 = 53.80 ppm), DMSO-

d6 (δDMSO-HD5 = 2.50 ppm, δCDMSO = 39.51 ppm), THF-d8 (δOCD2CHD = 1.73 ppm,

δOCD2CD2 = 25.37 ppm) und MeOD-d4 (δCHD2OD = 3.31 ppm, δCD3OD = 49.15 ppm). Die

Feinstruktur der Protonensignale werden mit "s" für Singulett, "d" für Dublett, "t" für

Triplett, "q" für Quartett, "m" für Multiplett, "dd" für Doppeldublett usw. angegeben.

Die Lage der 13C-Signale entnahm man den breitbandentkoppelten Spektren und die

Zuordnung aus den DEPT- und 2D-Spektren bzw. aus Homologiebetrachtungen mit

bekannten Derivaten (Zuordnung über die Kopplungskonstante). In allen Fällen, in

denen auf eine Zuordnung der Signale in den 13C-Spektren verzichtet wurde oder nicht

möglich war, ist eine Liste der beobachteten Peaks angegeben. Messfrequenz, Lösungs-

mittel und Temperatur werden den Daten in Klammern vorangestellt. Die Auswertung

der 1D-Spektren erfolgte unter Zuhilfenahme der Software WinNuts-NMR (Acorn

NMR), die 2D-Spektren wurden unter Zuhilfenahme der Software XWin-NMR

(Version 3.0b, Bruker, Rheinstätten) ausgewertet.

98


Dünnschichtchromatographie (DC): Kieselgelfertigplatten SilG/UV254 von Macherey

Nagel & Co., Düren, Schichtdicke 0,25 mm. Die Chromatogramme wurden mit

Kammersättigung aufgenommen, zunächst unter einer UV-Lampe (254 nm) untersucht

und dann mittels 1%-iger wässriger Kaliumpermanganatlösung und Erhitzen mit einem

Heißluftgebläse Bosch PHG500 entwickelt. Durch Herauslösen des überschüssigen

Kaliumpermanganates in einem Wasserbad wurden die Chromatogramme fixiert.

Gelpermeationschromatographie (GPC): HPLC-Pumpe PU 980 der Fa. Jasco, Säulen

(Polystyrol quervernetzt, Korngröße 5 µm): Vorsäule 50x8 mm, Säule 300x8 mm (103

Å, Ausschlussgrenze 70000), Säule 300x8 mm (105 Å, Ausschlussgrenze 4000000), im

Thermostatofen (30°C). Üblicherweise 1 mg Polymer in 1 ml THF (1 Tropfen Toluol

pro 10 ml THF als interner Standard). Flow 1.0 ml/min (Druck: 34-35 bar), UV-

Detektor UV 975 der Fa. Jasco (254 nm), OR-Detektor OR-990 der Fa. Jasco. Die

Kalibrierung erfolgte gegen kommerzielle Polystyrol-Standards der Firma Macherey-

Nagel mit folgenden Molmassen: 1660, 5000, 9860, 28500, 76600, 186000, 426600,

1226000, 3390000.

Polymerisationsgrad (DP) und Polydispersität (PDI) der Polyisocyanate wurden

mittels GPC-Untersuchung bestimmt. Die Kalibrierung erfolgte mit Polystyrol-

Standards ohne Berücksichtigung eines Umrechnungsfaktors. Auswertungsprogramm

(GPC): Borwin, Version 1.50, Built 12. Zur Verifizierung der Methode zur Bestimmung

des Polymerisationsgrades wurden Endgruppenanalysen (der Signale der Initiator-

Protonen bzw. der Acetyl-Endgruppe gegen die Aromatensignale der Polymerbausteine)

in 1H-NMR-Spektren der hergestellten Polyisocyanate durchgeführt.

Drehwerte: Perkin Elmer Polarimeter 241 mit Haake D8 Thermostat. Die Messungen

erfolgten in 1 dm Küvetten mit Quarzfenstern. Aus den in Mainz über eine Queck-

silberdampflampe gemessenen Werten wurde [α]D über die Drude-Gleichung berech-

net:

[ ] [ ]3727.1

546

+×

=AA

Dαα mit [ ]

dc××

=100αα λ , [ ]

[ ] [ ]578546

578

ααα

−=A

d = Länge der Küvette [dm], α = Drehwert [°], c = Konzentration [g/100 ml],

99


λ = Wellenlänge [nm]

CD-Spektren: Spektopolarimeter J-810 der Firma Jasco. Die Messungen wurden in

1 cm Quarz-Küvetten durchgeführt.

IR-Spektren: Spektrometer vom Typ Paragon 1000 PC der Firma Perkin Elmer. Die

Proben wurde als KBr-Pressling präpariert oder als Film auf einen NaCl-Kristall

aufgebracht.

Elementaranalysen: wurden als Serviceleistung der Organisch-chemischen Institute

der Universitäten Mainz und Darmstadt, an einem C,H,N,S-Analyseautomaten einem

Vario EL der Firma Elementar (MZ), Perkin-Elmer 240B (DA bis 10.2002) bzw. einem

Vario EL III der Firma Elementar (DA ab 11.2002) ausgeführt.

Die Glovebox GB 2202-C der Firma Mecaplex wird mit Argon (Qualität 4.8) betrieben.

Zur permanenten Reinigung des Inertgases ist ein Gasreiniger (Mecaplex GR60-1B)

zum Entfernen von Wasser- und Sauerstoffspuren angeschlossen. Die Gasreiniger-

einheit wurde jeweils nach 6 Monaten mit Formiergas regeneriert.

Flash-Säulenchromatographie: Es wurden Apparaturen der Firma Glasgerätebau Ochs

GmbH verwendet. Die feste Phase bestand aus Kieselgel 60 (15-40 µm) der Fa. Merck,

die Trennungen wurden bei einem Druck von 2-2.5 bar durchgeführt. Vor Beginn der

Chromatographie wurden das Kieselgel mit Methanol, Essigester und Petrolether

gespült. Die gleiche Konditionierung wurde mit Kieselgel für das Filtrieren von

Rohprodukten durchgeführt.

Kugelrohrdestillation: Zur Destillation kleinerer bis mittlerer (bis ca. 20 ml) Flüssig-

keitsmengen wurden Kugelrohrdestillationen (bulb-to-bulb) mit einem „Glass Oven B-

580“ der Firma Büchi durchgeführt. Der Vorlagekolben befand sich dabei in der Mitte

der Anlage (dort erfolgt die Temperaturmessung) und der Auffangkolben wurde von

ausserhalb mit Wasser bzw. Eiswasser gekühlt. Zur Fraktionierung von Substanzen mit

100


eng beieinander liegenden Siedepunkten wurde zwischen die Kugeln zusätzlich ein

gerades 10 cm langes Glasrohr eingebaut.

Gaschromatographie: Die gaschromatographischen Messungen wurden an einem GC-

8360 Chromatographen der Firma Fisons instruments durchgeführt. Für die chiralen

Trennungen kam eine BETA DEX 120 Fused Silica Kapillarsäule mit einer Beladung

von 20% und den Maßen 30 m x 0.25 mm x 0.25 µm (Filmdicke) der Firma Supelco

(Best.-Nr. 24304) zum Einsatz. Als Trägergas wurde N2 (Qualität 5.0) mit einem Fluss

von 1 ml/min (Split: 100 : 1) bei einer konstanten Temperatur von 115°C verwendet.

Die Retentionszeiten für rac-1-Phenyl-1-propanol betrugen Rt (R) = 34.0 min, Rt

(S) = 35.9 Min. und Rt (PhCHO) = 7.2 Min. Zur Auswertung diente die Software

Chrom-Card für Windows, Version 1.2.1.

Dialysen wurden in Dialyseschläuchen (Firma Sigma-Aldrich, Durchmesser 32 mm,

Best.-Nr. 7884) aus benzoylierter Cellulose durchgeführt. Die Ausschlussgrenze ist mit

1200 Da angegeben. Zur Dialyse wurde der Schlauch zuerst einseitig verschlossen und

mit H2O (dest.), Aceton und THF gespült. Dann wurde die Lösung eingefüllt, das

zweite Ende verschlossen und für 2-3 d in einen Kolben mit gerührtem THF gehängt.

Reaktionen bei Temperaturen unter 0°C wurden in Schlenkkolben mit langem Hals

(„Birnenkolben“) in einem Ethanolbad durchgeführt. Zur Thermostatierung diente ein

Flex-Eintauchkühler der Firma FTS-Systems.

Reaktionen unter Schotten-Baumann-Beding-

ungen[56, 175] mit Phosgen wurden in einer Flasche mit

knapp über dem Boden angebrachten PTFE-Auslass-

Ventil durchgeführt.

Während der Reaktion kann ein Überdruckblubber

aufgesetzt werden. Nach der Reaktion kann die untere,

organische Phase abgelassen werden, die wässrige

Phase ist mit organischen Lösungsmitteln extrahierbar,

ohne dass in einen Scheidetrichter umgefüllt werden

101


muss. Da Phosgen sehr giftig ist, wurde stets eine Flasche mit Ammoniak-Lösung zur

Hydrolyse eventuell verschütteter Phosgen-Lösung bereitgehalten.

Gehaltsbestimmung der Stammlösung metallorganischer Reagenzien:[176]

In einen 10 ml Einhalskolben wiegt man ungefähr 1 mmol (156.27 mg) Menthol exakt

ein, fügt eine Spatelspitze 1,10-Phenanthrolin hinzu, löst in 3 ml abs. Et2O (oder Toluol)

und kühlt die klare Lösung auf 0°C ab. Aus einer tarierten Spritze titriert man mit der

Lösung des metallorganischen Reagenzes bis zum Farbumschlag nach rot und ermittelt

durch Differenzwägung die benötigte Menge der metallorganischen Verbindung.

Aus dem Quotienten der eingewogenen Menthol-Menge n in Millimol [mmol] und der

Masse m der benötigten Lösung in Gramm [g] ergibt sich der Gehalt T der Lösung in

[mmol/g].

][).(][)(]/[.).(

gLösungmetallorgmmmolMentholngmmolVerbmetallorgT =

Edukte und Reagentien wurden bei verschiedenen Anbietern (Acros, Sigma-Aldrich,

Fluka, Riedel-de-Hean, Merck) gekauft und entweder direkt eingesetzt oder vor

Benutzung nach Standardvorschriften gereinigt bzw. getrocknet.[174] Die jeweilige

Reinigungsoperation ist bei den Vorschriften mit angegeben.

Cyclopentadien (cp) wurde jeweils durch thermische Spaltung (Heizbadtemperatur:

200°C) und Destillation aus dem Dimeren gewonnen und wurde bei –32°C unter Argon

gelagert. t-Butyllithium wurde als etwa 1.7 M Lösung in Hexan verwendet.

Lösungsmittel:[173, 174] Zum Arbeiten unter wasserfreien Bedingungen Diethylether,

Toluol, Benzol und THF wurden von Natrium/Benzophenon; Acetonitril, Hexan,

Pentan, DMSO, Piperidin und Dichlormethan von CaH2 und Methanol von Magnesium

abdestilliert. Aceton wurde über Drierite® (Calciumsulfat mit Feuchtigkeitsindikator)

zum Rückfluss erhitzt und anschließend destilliert.

CHCl3 für die Darstellung bzw. Reinigung von Isocyanaten wurde bei Acros als HPLC-

grade gekauft (Stabilisator: Amylen, kein Ethanol!) und direkt eingesetzt.

Das DMF für die anionische Polymerisation wurde im Vakuum (55°C, 11 mbar)

destilliert, dabei wurde jeweils ein großer Vorlauf verworfen, um enthaltenenes

Dimethylamin zu entfernen. Anschließend wurde zur Trocknung über CaH2 im Vakuum

102


abdestilliert und das DMF in eine Glove-Box zur Aufbewahrung über Molekularsieb (5

Å) eingeschleusst.

Schutzgas: Für Reaktionen kam Argon der Qualität 4.8 zum Einsatz, das weiterhin

durch Leiten über einen Cu-Katalysator von Sauerstoff und durch Leiten über 4Å

Molekularsieb, Blaugel, konzentrierte Schwefelsäure, Phosphorpentoxid auf Silika

(SikaPent) und KOH-Plätzchen von Wasser befreit wurde.

Lösungsmittelmengen ergeben sich aus der insgesamt verwendeten Menge an

Lösungsmittel, einschließlich der zum Waschen des Kolbens (ein- oder zweimalig)

benötigten Menge wenn eine Substanz ausserhalb des Reaktionskolbens gelöst wurde.

Laborjournalnummern (DS ###) sind den Verbindungen zugeordnet. Bei mehr-

maliger Synthese einer Verbindung entspricht die fett gedruckte Ziffer der Vorschrift.

6.2 Darstellung von Ausgangsverbindungen

6.2.1 Darstellung von Azidotrimethylsilan (TMS-N3)

Exp.-Nr.: DS 166

Anmerkung: Azidotrimethylsilan ist sehr giftig und flüchtig. Ein Kontakt mit der

Flüssigkeit oder den Dämpfen muss daher vermieden werde. Um einer Explosions-

gefahr vorzubeugen, wird die Flüssigkeit in Flaschen mit Schraubverschluss (ohne

Glasschliff) im Kühlschrank aufbewahrt.

In Anlehnung an die Literaturvorschrift[53] werden in einem 500 ml Einhalskolben mit

Rückflusskühler 45.5 g (700 mmol, 1.08 äq) Natriumazid, 70.6 g Chlortrimethylsilan

(650 mmol, 1 äq) und 145 g Chinolin (1120 mmol, 1.72 äq) unter Argonatmosphäre

vorgelegt und bei einer Heizbadtemperatur von 110°C 16 Stunden zum Rückfluss

erhitzt. Anschließend wird der Kühler durch eine 20 cm Vigreux-Kolonne und einen

Destillationsaufsatz ersetzt und das Produkt unter Ar abdestilliert. Im Vergleich zur

Literaturvorschrift, bei der das Produkt zunächst aus der Reaktionsmischung abdestil-

103


liert und anschließend fraktioniert wird, ist die beschriebene Methode weniger auf-

wändig. Es entstehen 56.0 g (74%, Lit.: 78-85%) des Produkts als farblose Flüssigkeit.

Sdp.: 95°C (Lit. 52-53°C / 175 mm[177])

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.21 (s, H9), ppm.

IR (KBr): ν = 2963.5 (CH). 2139.8 (N3), 1328.7, 1256.9, 847.7 cm-1.

6.2.2 Darstellung von Chlormethylmethylether (MOM-Cl) 97

Exp.-Nr.: DS 421, 420, 419, 413, 410, 404, 401

Anmerkung: Chlormethylmethylether ist im Verdacht, cancerogen zu sein und ist

daher nur im Abzug zu handhaben.

In einer Modifikation der Literaturvorschriften[154, 155] werden in einem 500 ml

Zweihalskolben mit Rückflusskühler 140.6 g (1000 mmol, 1 äq) Benzoylchlorid 94,

76.1 g (1000 mmol, 1 äq) Dimethoxymethan 95 und 5.0 g (51.0 mmol) konzentrierte

Schwefelsäure bei RT vereint. Anschließend wird ein mit Ar befüllter Ballon aufgesetzt

und für 64 Stunden auf 60-65°C (Ölbadtemperatur) erhitzt. Der Reaktionsfortschritt

kann NMR-spektroskopisch verfolgt werden, nach 64 Stunden beträgt der Umsatz ca.

98-99%.

Im Gegensatz zur Literatur[155] wird nach Ablauf der Reaktionszeit nicht mit Na2CO3

neutralisiert, sondern der Rückflusskühler direkt gegen eine Destillationsbrücke

ausgetauscht und das Produkt abdestilliert. Dabei wird die Ölbadtemperatur schrittweise

bis 130°C erhöht; man erhält 59.4 g (74%) einer farblosen Flüssigkeit. Die NMR-

spektroskopischen Daten stimmen mit den Literaturwerten überein. Der Restgehalt an

Dimethoxymethan (δ = 3.34 und 4.56 ppm) wird 1H-NMR-spektroskopisch bestimmt,

er beträgt ca. 1%. Der Gehalt des stark cancerogenen Bis(chlormethylethers) (δ = 5.56

ppm) liegt unter 0.1%.

104


6.2.3 Darstellung von Titandichloriddiisopropylat (TiCl2(OiPr)2)

Exp.-Nr.: DS 197, 392

In Analogie zur Literatur[148] werden aus 11.36 g (40 mmol, 1 äq) Ti(OiPr)4 und 7.58 g

(40 mmol, 1 äq) TiCl4 in 40 ml Petrolether (abs.) nach Umkristallisation 10.68 g (56%)

hellbeige Kristalle gewonnen.

6.2.4 Darstellung von N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115

O N

O O

115

Exp.-Nr.: DS 360

Gemäß der Literatur[168, 172] werden 3.00 g (34.5 mmol, 1 äq) 2-Oxazolidinon und

13.8 ml (34.5 mmol, 1 äq) n-Butyllithium-Lösung (2.5 M in Hexan) mit 3.97 g

(38.0 mmol, 1.1 äq) trans-Crotonsäurechlorid in 100 ml THF (abs.) umgesetzt. Nach

säulenchromatographischer Reinigung werden 2.27 g (40%, Lit.:[172] 65%) 115 als

farblose Kristalle erhalten. Die NMR-spektroskopischen Daten stimmen mit der

Literatur[172] überein.

6.3 (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat ((R)-DMHIC) 15

6.3.1 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-oct-6-ensäure 74

H O

OH1

234

5 67

8

9

10 74

105


Exp.-Nr.: DS 091

In Anlehnung an die Literaturvorschriften[137, 138] werden 98.40 g (646 mmol, 1 äq)

(R)-Pulegon 73 in einem 250 ml Dreihalskolben mit Gaseinleitungsrohr und Gasablass

mit Überdruckblubber vorgelegt; der Kolben (ohne die Schläuche) wird gewogen und

im Eisbad gekühlt. Über eine leere Gaswaschflasche werden 34.6 g (949 mmol, 1.5 äq)

Chlorwasserstoff direkt aus einer Gasflasche während 4 Stunden eingeleitet. Durch

Auswiegen kann die eingebrachte Menge an HCl überprüft werden. Der Ansatz wird

über Nacht im Kühlbad (Verwendung eines Dewargefässes) belassen, wobei das Eis

auftaut. Anschließend wird das gelbe Öl in 2 l 5%ige Natronlauge gegossen und 20

Min. gerührt. Eine Verminderung der Flüssigkeitsmenge wurde ausprobiert, ist jedoch

nicht ratsam, da dadurch die Rückreaktion zum Pulegon begünstigt wird. Die weisse

Emulsion wird in einen 2 l Scheidetrichter überführt, mit 3 x 150 ml Ether gewaschen

(Entfernung nicht umgesetzten Pulegons) und anschließend mit 160 ml konz. Salzsäure

angesäuert. Das Produkt wird mit 3 x 150 ml Ether extrahiert, über Natriumsulfat

getrocknet und am Rotationsverdampfer eingeengt. Zur Reinigung wird über eine 10 cm

Vigreux-Kolonne im Ölpumpenvakuum (ca. 0.3 mbar) destilliert. Die Ausbeute beträgt

66.7 g (61%, Lit: 52-60%), das 1H-NMR-Spektrum entspricht der Literaturvorgabe.[138]

RF = 0.22 (E/PE = 1:3).

Sdp.: 91°C/0.3 mbar

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.980 (d, 9-H3), 1.173-1.466 (m, 4-H2), 1.600

(s, 10-H3), 1.684 (s, 8-H3), 1.883-2.080 (m, 5-H2), 2.140 (dd, 2a-H), 2.359 (dd, 2b-H),

5.054-5.128 (m, 6-H2), 11.543 (s, COOH) ppm.

J2a,2b = 14.9 Hz, J2a,3 = 6.0 Hz, J2b,3 = 8.1 Hz, J9,3 = 6.6 Hz.

106


6.3.2 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-octansäure

32

1

7

65

H

4

9 O

8

OH

Exp.-Nr.: DS 092, 096

In einem 250 ml Zweihalskolben werden in Anlehnung an die Literaturvorschrift[136]

13.520 g (79.4 mmol) (R)-3,7-Dimethyl-oct-6-ensäure 74 und 0.200 g Palladium auf

Aktivkohle (10%) in 120 ml Methanol vorgelegt. Der Kolben wird dreimal bis zum

Beginn des Schäumens evakuiert, mit Ar geflutet, anschließend wird zweimal evakuiert

und mit Wasserstoff aus einer Fussballblase geflutet. Nach 18 Stunden wird der

Reaktionsfortschritt per DC kontrolliert (Verbrauch des Edukts, das Produkt ist nicht zu

erkennen) und die Reaktionslösung über Celite filtriert. Nach Entfernen des Lösungs-

mittels am Rotationsverdampfer wird das gelbliche Öl in einen kleinen Kolben

überführt und per Kugelrohrdestillation gereinigt. Die Ausbeute beträgt 13.410 g (98%,

Lit.: quant.)

Sdp.: 100°C/0.2 mbar (Lit.: 109°C/3 mm)

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.866 (d, 8-H6), 0.965 (d, 9-H3) 1.107-1.377

(m, 4-H2, 5-H2, 6-H2), 1.454-1.588 (m, 7-H), 1.885-2.026 (m, 3-H), 2.151 (dd, 2a-H),

2.385 (dd, 2b-H) 5.052-5.138 (m, 6-H), 11.546 (s, COOH) ppm.


107


6.3.3 Darstellung von (R)-3,7-Dimethyl-octansäurechlorid 75

H O

Cl

75

Exp.-Nr.: DS 093, 103, 173

Entsprechend der publizierten Vorschrift[87] werden in einem 100 ml Zweihalskolben

mit Septum und Anschluss an einen Überdruckblubber 12.83 g (74.48 mmol, 1 äq)

(R)-3,7-Dimethyl-octansäure vorgelegt. Der Kolben wird zweimal kurz evakuiert und

unter Ar gesetzt und im Eisbad auf 0°C gekühlt. Anschließend werden mit einer Spritze

23.60 g (15.16 ml, 186.2 mmol; 2.5 äq) Oxalylchlorid zugetropft. Nach Entfernen des

Eisbades setzt eine relativ starke Gasentwicklung ein. Nach 16 Stunden wird das

Oxalylchlorid durch eine Kältedestillation entfernt. Man setzt eine Glasbrücke zu einem

100 ml Schlenkkolben auf, der Schlenkkolben wird in flüssigen Stickstoff eingetaucht

und kurz an der Membranpumpe evakuiert. Um den Reaktionskolben bei Raum-

temperatur zu halten wird dieser in ein Wasserbad getaucht; die Reaktionsmischung ist

stark zu Rühren, um ein Überspritzen zu vermeiden. Das trübe Rohprodukt destilliert

man über eine 10 cm Vigreux-Kolonne und erhält 12.89 g (91%, Lit.: 80%) einer

farblosen Flüssigkeit. Diese wird sofort weiter eingesetzt zur Darstellung des Isocyana-

tes.

Sdp.: 60°C/2.2 mbar (Lit.: 98°C, 20 mbar[87])

108


6.3.4 Darstellung von (R)-3,7-Dimethylheptylisocyanat ((R)-DMHIC) 15 9

32

7

65

H

4 N C O1

8 15

Exp.-Nr.: DS 095, 104, 175

In einem ausgeheizten 50 ml Einhalskolben mit Y-Adapter (mit Rückflusskühler und

Septum) werden in Anlehnung an die Literaturvorschrift[87] 12.89 g (67.60 mmol, 1 äq)

(R)-3,7-Dimethyl-octansäurechlorid 75 und 12.90 g (15 ml, 112.0 mmol, 1.7 äq)

Azidotrimethylsilan in 10 ml Toluol (abs.) unter Ar vorgelegt und auf 80-85°C erwärmt.

Nach 20 h wird der Umsatz mittels IR-Kontrolle überprüft (ggf. ist die Azid-Bande

(2139 cm-1) neben der Isocyanat-Bande (2266 cm–1) gut zu erkennen). Das Lösungs-

mittel wird am Rotationsverdampfer, der vorher evakuiert und mit Ar gefüllt wird,

abgezogen, anschließend destilliert man das Rohprodukt im Vakuum über eine 10 cm

Vigreux-Kolonne. Man erhält das Produkt (10.66 g, 93% Lit.: 64%) als farblose

Flüssigkeit. Die höhere Ausbeute ist vermutlich auf die geringere Temperatur bei

gleichzeitig deutlich verlängerter Reaktionsdauer zurückzuführen. Das Isocyanat 15

kann über Calciumhydrid gelagert und bei Bedarf für die Polymerisation jeweils frisch

abdestilliert werden.

Sdp.: 59°C / 2.4 mbar (Lit.: 92-93°C / 20 mbar)

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.864 (d, 8-H6), 0.950 (d, 9-H3) 1.116-1.394

(m, 4-H2, 5-H2, 6-H2), 1.442-1.593 (m, 7-H), 1.615-1.752 (m, 3-H), 1.885-2.026 (m, 5-

H2), 3.138 (dd, 2a-H), 3.207 (dd, 2b-H) ppm.


IR (KBr): ν = 2957.2 (CH2), 2929.8 (CH), 2266.3 (N=C=O), 1464.9, 1383.7, 1366.0 cm-1.

109


Drehwert: = 2.44 (c = 10.4 in CHCl25][ Dα 3).

= 2.55 (c = 10.4 in CHCl25578][α 3).

= 2.92 (c = 10.4 in CHCl25546][α 3).

= 5.23 (c = 10.4 in CHCl25436][α 3).

[ = 9.01 (c = 10.4 in CHCl25365]α 3).

Literatur[98]:

= 2.26 (c = 5.00 in CHCl25][ Dα 3).

6.4 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat) (3TMSOPEIC) 81

6.4.1 Darstellung von 3-(3-Hydroxy-phenyl)-propionsäure 79

OH

COOH

79

Exp.-Nr.: DS 182

Nach der Literatur-Methode[141] werden 25.37 g (154 mmol) 3-Hydroxyzimtsäure 78

und 0.130 g Pd/C in 800 ml Essigester mit Wasserstoff (Ballon aufgesetzt) umgesetzt.

Nach Umkristallisation werden 23.96 g (93%, Literatur[178]: quant. ohne Umkristallisa-

tion) beige Kristalle erhalten. Die NMR-spektroskopischen Daten entsprechen den

Literaturwerten.[179]

Schmp.: 114-115°C (Lit.: 111.8-112.5[178])

110


6.4.2 Darstellung von 3-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-propionsäure-trimethylsilylester 80

4

8

1

7

26

5OTMS

9

3 11

O10

OTMS

80

Exp.-Nr.: DS 185, 196

Gemäß der allgemeinen Literaturvorschrift[142] werden 5.0 g (30.1 mmol, 1 äq) 3-(3-

Hydroxy-phenyl)-propionsäure 79 in einem 100 ml Einhalskolben mit Claisen-Aufsatz

(mit Rückflusskühler) unter Ar in 50 ml Toluol (abs.) dispergiert. Zunächst werden

6.86 g (63.19 mmol, 2.1 äq) Chlortrimethylsilan und anschließend 4.84 g (66.2 mmol,

2.2 äq) EtMe2N bei RT zugetropft, danach erhitzt man für eine Stunde zum Rückfluss.

Der Niederschlag wird über eine Schlenkfritte entfernt und das Lösungsmittel am

Rotationsverdampfer abgezogen. Nach Kugelrohrdestillation im Vakuum wird das

Produkt (8.23 g, 88%) als farbloses Öl erhalten.

Sdp.: 130°C / 0.3 mbar

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 0.264 (s, 10-H9, 11-H9), 2.609 (t, 7-H2), 2.875

(t, 8-H2), 6.651-6.720 (m, 2-H, 4-H), 6.806 (d, 6-H), 7.141 (dt, 5-H) ppm.

J2,4 = 2.6 Hz, J5,4+6 = 7.4 Hz, J4,6 = 0.9 Hz, J7,8 = 6.5 Hz.

13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 0.185 (10-C, 11-C), 31.142 (7-C), 37.537 (8-

C), 118.014 (6-C), 120.325 (2-C), 121.736 (4-C), 129.588 (5-C), 142.527 (1-C),

155.491 (3-C), 173.687 (9-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3036.2 (ArH), 2960.9 (CH), 1718.2 (C=O), 1586.3 und 1487.4 (1,3-

disubst. Aromat), 1253.9 (SiCH3), 848.9 (SiO), 761.0 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

111


EI-MS : m/z: 310 [M]+, 205 [M-C4H9O2Si]+, 192 [M-C5H11O2Si]+.

C15H26O3Si2 (310.536) ber.: C 58.02 H 8.44

gef.: C 57.75 H 8.58

6.4.3 Darstellung von 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat (3TMSOPEIC) 81

54

3

21

87

OTMS

6

N

10

C9

O

81

Exp.-Nr.: DS 187, 192, 200, 224

In einem 25 ml Kolben mit Rückflusskühler (mit Überdruckblubber) werden 5.58 g

(17.96 mmol, 1 äq) 3-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-propionsäure-trimethylsilylester 80

in 10 ml CH2Cl2 (abs.) vorgelegt und mit 2.78 g (23.4 mmol, 1.3 äq) Thionylchlorid für

2 h auf 40°C erwärmt. Nach Beendigung der Gasentwicklung entfernt man die

flüchtigen Bestandteile durch Kältedestillation (Aufsetzen einer Brücke mit Anschluss

an einen Schlenkkolben in flüssigem Stickstoff).

Nach Evakuierung wird das Säurechlorid, entsprechend der allgemeinen Literatur-

vorschrift,[53] erneut unter Ar gesetzt und 10 ml Toluol sowie 2.69 g (23.4 mmol, 1.3 äq)

Azidotrimethylsilan zugegeben. Die Lösung erhitzt man für 16 h auf 40-45°C, bis die

Gasentwicklung beendet ist. Eine Probe der Rohsubstanz wird IR-spektroskopisch auf

vollständigen Umsatz des intermediär gebildeten Säureazides (2140 cm-1) überprüft.

Man entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer und reinigt durch Kugelrohr-

destillation im Vakuum. Man erhält das Produkt als 2.87 g (68%) eines orangefarbenen

Öls.

Sdp.: 80-100°C / 0.3 mbar

112


1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 0.264 (s, 10-H9), 2.843 (t, 7-H2), 3.498 (t, 8-

H2), 6.700 (t, 2-H), 6.741 (ddd, 4-H), 6.813 (d, 6-H), 7.184 (t, H-5) ppm.

J2,4 = 2.0 Hz, J5,4+6 = 7.9 Hz, J4,6 = 0.9 Hz, J7,8 = 7.0 Hz.

13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 0.00 (10-C), 37.37 (7-C), 43.85 (8-C), 118.38

(6-C), 120.41 (2-C), 121.69 (4-C), 122.36 (9-C), 129.44 (5-C), 139.06 (1-C), 155.491

(3-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3028.8 (ArH), 2960.8 (CH), 2272.2 (N=C=O), 1586.4 und 1486.0 (1,3-

disubst. Aromat), 1274.4, 1253.9 (Si-CH3), 846.3 (SiO), 784.6 und 698.1 (1,3-disubst.

Aromat) cm-1.

FI-MS : m/z: 235 [M]+.

C12H12NO2Si (235.354) ber.: C 61.24 H 7.28 N 5.95

gef.: C 61.03 H 7.41 N 5.90

6.5 Polymerisation mit Natriumcyanid als Initiator

6.5.1 AAV 1: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur anionischen Polymerisa-tion mit Natriumcyanid als Initiator

Die Initiator-Lösung wird hergestellt, indem man 10 mg getrocknetes Natriumcyanid

(Trocknung: im Ölpumpenvakuum 3 Stunden bei 100°C) in 10 ml (abs.) DMF einige

Stunden stehen lässt, um eine Sättigung der Lösung zu erreichen. Die überstehende

Lösung wird als Initiatorlösung eingesetzt, die NaCN-Konzentration beträgt bei

Sättigung ca. 0.68% oder 0.136 mmol/ml.[87]

Die anionische Polymerisation muss unter strengem Feuchtigkeitsausschluss durch-

geführt werden, andernfalls findet keine Reaktion statt oder es kommt zu Einbußen bei

der Ausbeute. Daher wird der Reaktionskolben sorgfältig im Vakuum ausgeheizt, die

113


Isocyanat-Monomere werden unmittelbar vor der Reaktion über CaH2 im Vakuum

destilliert.

In einem 25 ml Schlenkkolben mit langem Hals legt man das Isocyanat bzw. bei

Copolymerisation die Isocyanate unter Ar vor und evakuiert noch einmal kurz im

Ölpumpenvakuum. Dann wird erneut mit Ar geflutet und der Kolben für mindestens

15 Min in ein EtOH-Kältebad (mit Kryostat zur Temperaturregelung) bei –65°C.

eingetaucht. Anschließend lässt man die Initiator-Lösung langsam am Kolbenrand

entlang in die Reaktionsmischung laufen. Im Allgemeinen tritt nach wenigen Sekunden

eine weisse Trübung auf und nach einigen Minuten wird die Lösung hochviskos.

Nach der Reaktionszeit wird zum Abbruch (Protonierung der anionischen Kettenenden)

1 ml MeOH langsam zugegeben. Die Probe wird eine weitere Stunde im Kältebad

belassen und anschließend sofort in 50 ml gut gerührtes MeOH gegossen. Man

zentrifugiert (4000 U/min für 15 min) den gummiartigen Niederschlag ab, löst in

einigen ml THF und fällt erneut aus 50 ml MeOH. Nach einer weiteren Zentrifugation

wird das Polymer im Vakuum getrocknet.

6.5.2 Copolymerisation von HexIC 37 und (R)-DMHIC 15

N

O

CN

O

mN

O

n

p(37-co-15)

Exp.-Nr.: DS 98

Wie in AAV 1 beschrieben, werden 0.500 g (3.93 mmol, 0.63 äq) n-Hexylisocyanat 37

(von M. Klußmann zur Verfügung gestellt) und 0.391 g (2.31 mmol, 0.37 äq) (R)-2,6-

Dimethylheptylisocyanat 15 in 5 ml DMF bei –65°C mit 0.459 ml (0.0629 mmol,

0.01 äq bezüglich Gesamtmolzahl der Isocyanate) der Initiator-Lösung versetzt. Sofort

bildet sich ein weisser Niederschlag und die Lösung wird sofort fest. Nach 15 Min.

114


werden langsam 15 ml THF (abs.) zugetropft, um ein Rühren zu ermöglichen, der

Niederschlag bleibt jedoch ungelöst. Nach 30 Min. werden 0.0642 g (0.629 mmol,

10 äq bezüglich des Initiators) Acetanhydrid zugefügt und die Lösung wird über Nacht

auf Raumtemperatur erwärmt. Die überstehende Lösung wird in 200 ml MeOH

gegossen, dabei bildet sich kein Niederschlag. Den festen Kolbeninhalt löst man in

15 ml THF und fällt aus 150 ml MeOH. Nach Trocknung im Vakuum erhält man

0.720 g (81%) eines weissen, gummiartigen Festkörpers.

7 6 5 4 3 2 1 0 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.459-2.326 (m), 3.521-4.025 (m) ppm.

GPC: Mn = 57103, PDI = 11.67, DP = 400

Drehwert: = -486.43 (c = 1.1 in CHCl25][ Dα 3).

= -509.41 (c = 1.1 in CHCl25578][α 3).

= -585.34 (c = 1.1 in CHCl25546][α 3).

= -1063.89 (c = 1.1 in CHCl25436][α 3).

[ = -1843.44 (c = 1.1 in CHCl25365]α 3).

115


6.5.3 Polymerisation von (R)-DMHIC 15

N

OH

CNn

p15

Exp.-Nr.: DS 105

Gemäß AAV 1 wird 1.33 g (7.86 mmol, 1 äq) (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat 15 (als

Test auf Notwendigkeit der unmittelbaren Trocknung der Isocyanate wird das Monomer

bei diesem Versuch nicht frisch destilliert) in 5 ml DMF vorgelegt und bei -60°C mit

0.578 ml (0.0786 mmol, 0.01 äq) der Initiator-Lösung versetzt. Das DMF für diesen

Polymerisationsansatz wird - in Abweichung zur AAV 1 - nicht durch Vakuum-

destillation getrocknet, sondern als getrocknetes Lösungsmittel (Acros) gekauft. Nach

45 Min. ist noch kein Polymerniederschlag gebildet. Trotzdem gibt man 1 ml MeOH zu

und lässt die Lösung nach 15 Min. im Kältebad auf Raumtemperatur erwärmen. Die

gelbliche Farbe der Reaktionsmischung verblasst dabei langsam. Die Lösung wird in

50 ml MeOH gegossen und das dabei ausfallende Polymer abzentrifugiert. Nach

Umfällen aus 25 ml THF / 150 ml MeOH wird das weisse, gummiartige Polymer im

Vakuum getrocknet; man erhält 0.360 g (27%). Die schlechte Ausbeute resultiert

vermutlich aus der Tatsache, dass das Monomer nicht direkt vor der Polymerisation

destilliert wurde.

116


1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.528-1.752 (m, 16H, CH, CH2), 2.128-2.412

(m, 1H), 3.308-3.714 (m, 2H) ppm.

GPC: Mn = 65381, PDI = 7.88, DP = 386.


= -498.10 (c = 0.0526 in CHCl25578][α 3).

= -574.14 (c = 0.0526 in CHCl25546][α 3).

= -1039.92 (c = 0.0526 in CHCl25436][α 3).

[ = -1800.38 (c = 0.0526 in CHCl25365]α 3).

Lit.:[94] 25][ Dα = -500 (c = 0.05 in CHCl3).

Molare Elliptizität: θ = -41138 mdeg m2 mol-1 bei 253 nm (c = 0.1112 mg/ml in THF).

117


6.5.4 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 und (R)-DMHIC 15

Exp.-Nr.: DS 99, 101

Gemäß AAV 1 werden 0.665 g (3.93 mmol, 1 äq) (R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat 15

und 0.468 g (3.93 mmol, 1 äq) Phenylisocyanat 39 (frisch dest. über P2O5 bzw. CaH2 im

Vakuum) in 5 ml DMF vorgelegt und bei -65°C mit 0.578 ml (0.0786 mmol, 0.01 äq

bezüglich Gesamtmolzahl der Isocyanate) der Initiator-Lösung versetzt. Zunächst ist

keine Veränderung zu beobachten, nach 10 Min. bildet sich eine weisse Trübung. Nach

30 Min. gibt man in der Kälte 1 ml MeOH zu der relativ niederviskosen Lösung und

lässt sie auf Raumtemperatur erwärmen. Die Lösung wird in 50 ml MeOH gegossen

wobei kein Niederschlag ausfällt.

Die Analyse durch 1H-NMR-Spektroskopie ergibt, dass in der Lösung kein Polymer

sondern lediglich Trimere und Solvolyseprodukte der Monomere enthalten sind.

6.5.5 Copolymerisationsversuch von BnIC 76 und (R)-DMHIC 15

Exp.-Nr.: DS 108


und 0.393 g (2.954 mmol, 1 äq) Benzylisocyanat 76 in 5 ml DMF vorgelegt und bei

-65°C mit 0.435 ml (0.0591 mmol, 0.01 äq bezüglich Gesamtmolzahl der Isocyanate)

der Initiator-Lösung versetzt. Nach wenigen Sekunden ist der Kolbeninhalt glasartig

erstarrt und der Magnetrührstab bewegt sich nicht mehr. Nach einer Stunde gibt man

1 ml MeOH zu und lässt die Lösung nach Abschalten des Kryostaten im Kältebad auf

Raumtemperatur erwärmen. Die Lösung wird in 50 ml MeOH gegossen und das dabei

ausfallende Polymer abzentrifugiert. Nach Umfällen aus 15 ml THF / 150 ml MeOH

erhält man 0.192 g des weissen Polymers (22%).

Die Analyse durch 1H-NMR-Spektroskopie zeigt anhand der Abwesenheit von Signalen

im Aromaten-Bereich klar, dass es sich lediglich um poly-(R)-DMHIC 15 handelt und

kein BnIC 76 in der Polymerkette eingebaut wird.

118


[(R)-DMHIC]:[BnIC] ber.: 50 : 50

gef.: 0 : 100.

6.5.6 Polymerisation von 3TMSOPEIC 81

CN

O

mN

H

OTMS p81

Exp.-Nr.: DS 226

Analog AAV 1 werden 0.412 g (1.75 mmol, 1 äq) 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-

ethylisocyanat (3TMSOPEIC) 81 (frisch dest.) in 1.4 ml DMF vorgelegt und bei -65°C

mit 0.045 ml (0.00612 mmol, 0.0035 äq bezüglich Gesamtmolzahl der Isocyanate) der

Initiator-Lösung versetzt. Es bildet sich sofort eine Trübung und die Lösung erstarrt.

Nach 30 Min. ist keine weitere Veränderung zu beobachten, die Reaktion wird mit 1 ml

MeOH abgebrochen und das Polymer aus 30 ml MeOH gefällt. Es ergeben sich 0.265 g

(64% eines weissen Festkörpers). Zur Aufnahme des NMR-Spektrums ist die Zugabe

von etwas THF-d8 zur Löslichkeitsvermittlung nötig.

119


8 7 6 5 4 3 2 1 0PPM 1H-NMR (CD2Cl2 + 1 Tropfen THF-d8, 300 MHz, 300 K): δ = 0.072 (s, 8H, SiCH3),

2.609-3.271 (m, CH2), 3.746-4.360 (m, CH2), 6.431-7.139 (m, Aromat-H), 7.698-7.904

(s, br, OH) ppm.

GPC: Mn = 24447, PDI = 2.59, DP = 104.

6.5.7 Copolymerisation von 3TMSOPEIC 81 und (R)-DMHIC 15

N

O

CN

O

mN

H

n

OTMS

p(81-co-15) Exp.-Nr.: DS 189, 227

Analog AAV 1 werden 0.500 g (2.13 mmol, 1 äq) 2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-

ethylisocyanat (3TMSOPEIC) 81 (frisch dest.) und 0.525 g (3.10 mmol, 1.46 äq)

(R)-2,6-Dimethylheptylisocyanat (R)-DMHIC 15 in 4.2 ml DMF vorgelegt und bei -

120


65°C mit 0.13 ml (0.0177 mmol, 0.0034 äq bezüglich Gesamtmolzahl der Isocyanate)

der Initiator-Lösung versetzt. Es bildet sich nach 10 Sekunden eine Trübung und die

Lösung wird nach einigen Minuten viskos. Nach einer Stunde ist die Suspension nicht

mehr rührbar, es wird durch Zugabe von 1 ml MeOH abgebrochen und aus 50 ml

MeOH umgefällt. Nach Zentrifugation erhält man 0.714 g (70%) eines weissen

Feststoffes. Mittels 1H-NMR (Integration des Aromatenbereich von 3TMSOPEIC und

der Alkylsignale von (R)-DMHIC) wird das Einbauverhältniss der Monomere bestimmt.

8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.229 (s, SiCH3), 0.538-1.649 (m, CH3, CH2),

2.039-2.446 (m, CH2), 3.319-4.217 (m, CH2), 2.609-3.271 (m, CH2), 3.746-4.360 (m,

CH2), 6.549-7.233 (m, Aromat-H) ppm.

IR (KBr): ν = 2961.1 (CH), 2862.3 (CH), 1698.1 (C=O), 1605.0 und 1490.1 (1,3-

disubst. Aromat), 1385.0, 1342.4, 1277.4, 1253.3, 1165.8, 969.4, 865.5, 843.4 (SiO),

778.8 und 692.1 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

GPC: Mn = 34347, PDI = 2.84, DP = 175.

[(R)-DMHIC]:[3TMSOPEIC] ber.: 59 : 41

gef.: 60 : 40.

121



= -378.08 (c = 0.073 in CHCl25578][α 3).

= -432.88 (c = 0.073 in CHCl25546][α 3).

= -784.93 (c = 0.073 in CHCl25436][α 3).

[ = -1349.32 (c = 0.073 in CHCl25365]α 3).


= -406.38 (c = 1.05 in CHCl25578][α 3).

= -466.19 (c = 1.05 in CHCl25546][α 3).

= -843.81 (c = 1.05 in CHCl25436][α 3).

[ = -1453.33 (c = 1.05 in CHCl25365]α 3).


6.5.8 AAV 2: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur Abspaltung säurelabiler Schutzgruppen mit TFA/H2O

In Anlehnung an die Literaturvorschrift[140] wird das Edukt bei Raumtemperatur in

CH2Cl2 (ca. 5 ml pro 100 mg Polymer) gelöst. Anschließend wird eine Mischung aus

TFA und H2O (9/1, vol/vol) zugesetzt, wobei die Menge der Säure als 10 Äquivalent

Überschuss bezogen auf die abzuspaltende Schutzgruppe berechnet wird. Nach 16 h

evakuiert man, um den Überschuss des Reagenzes und das Lösungsmittel zu entfernen.

Dann wird in einer möglichst kleinen Menge THF gelöst und aus 30 ml Et2O gefällt.

Nach Zentrifugation und Trocknung im Vakuum erhält man das Produkt.

122


6.5.9 Abspaltung der TMS-Schutzgruppe von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) zu poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(77-co-15)

N

O

CN

O

mN

H

n

OH

p(77-co-15) Exp.-Nr.: DS 191, 229, 245, 394

Gemäß AAV 2 werden 0.148 g (0.444 mmol OTMS-Gruppen) von poly-(3TMSOPEIC-

co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) in 5 ml CH2Cl2 mit 0.40 g TFA/H2O 9/1 umgesetzt. Nach

dem Umfällen aus THF/Et2O wird in 3 ml THF gelöst und während 48 h gegen 200 ml

THF dialysiert. Der hellgelbe Festkörper (0.085 g, 68%) ist unlöslich in CHCl3 und

CH2Cl2 und wird daher in THF-d8 NMR-spektroskopisch untersucht.

9 8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (THF-d8, 300 MHz, 300 K): δ = 0.704-1.506 (m, CH3, CH2), 2.132-2.550 (m,

CH), 2.682-3.232 (m, CH2), 3.388-4.299 (m, CH2), 6.408-7.105 (m, Aromat-H), 8.074

(s, br, OH) ppm.

123


IR (Film aus THF auf NaCl): ν = 3478.3 (OH; CH überdeckt), 1700.1 (C=O), 1364.9,

1288.2, 1181.2,cm-1.

GPC: Mn = 9929, PDI = 1.83, DP = 55.

Drehwert: = -345.00 (c = 0.1 in THF). 25][ Dα

= -360.00 (c = 0.1 in THF). 25578][α

= -418.00 (c = 0.1 in THF). 25546][α

= -760.00 (c = 0.1 in THF). 25436][α

[ = -1334.00 (c = 0.1 in THF). 25365]α


6.5.10 Komplexierung von poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-DMHIC) p(81-co-15) mit TiCl4

Exp.-Nr.: DS 195

Nach der allgemeinen Literaturvorschrift[143] wird eine Lösung von 0.054 g

(0.137 mmol OTMS-Gruppen) poly-((R)-DMHIC-co-3TMSOPEIC) in 3 ml CH2Cl2

(abs.) wird im Kältebad bei –50°C (Löslichkeitsgrenze des Polymers) vorgelegt. Man

gibt langsam 0.68 ml einer 0.1 molaren TiCl4-Lösung in CH2Cl2 (0.0686 mmol, 0.5 äq

bezüglich der OTMS-Gruppen) dazu, worauf sich die Lösung sofort orangefarben färbt

und nach einigen Sekunden eine leichte Trübung auftritt. Die orange Farbe wird

innerhalb weniger Minuten deutlich intensiver und es entsteht weiterer orangefarbener

Niederschlag. Nach einer Stunde bei – 50°C wird das Kühlaggregat abgeschaltet und

die Lösung erwärmt sich langsam auf Raumtemperatur. Nach weiteren 16 h hat sich der

orangefarbene Niederschlag abgesetzt und die Lösung ist noch hellgelb. Das Lösungs-

124


mittel wird im Vakuum entfernt und der orangefarbene Festkörper direkt für die Kataly-

setests eingesetzt.

6.6 Katalysetests mit Titankomplexen der Polyalkyliso-cyanate

6.6.1 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Methacrolein 64[147]

CHO

84 Exp.-Nr.: DS 248

Eine Lösung von 0.054 g (0.137 mmol OTMS-Gruppen) poly-(3TMSOPEIC-co-(R)-

DMHIC) in 3 ml CH2Cl2 (abs.) wird im Kältebad auf –50°C gekühlt (bei tieferen

Temperaturen fällt das Polymer aus). Dazu tropft man 0.68 ml (0.0683 mmol, 0.5 äq

bezüglich der OTMS-Gruppen) einer 0.1 N Lösung von TiCl4 in CH2Cl2. Nach wenigen

Sekunden färbt sich die Lösung orangefarben und ein orangefarbener Niederschlag fällt

aus. Die Mischung wird nach einer Stunde langsam auf RT gebracht und nach 16 h

durch Kältedestillation vom Lösungsmittel befreit. Ein Teil des Niederschlages wird in

THF-d8 (nicht getrocknet) aufgelöst, das NMR-Spektrum entspricht dem Copolymer

poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC). Ein anderer Teil (0.015 g 0.020 mmol Titan-Atome)

wird direkt als Katalysator getestet.

Der polymere Katalysator wird in einem 25 ml Schlenkkolben in 3 ml CH2Cl2 als

Suspension vorgelegt und auf –25°C gekühlt. Nach Zugabe von 0.042 g (0.600 mmol,

30 äq) Methacrolein (frisch dest. über CaCl2) und 0.040 g (0.600 mmol, 30 äq)

Cyclopentadien wird die unveränderte Suspension 16 h bei 20°C gerührt. Anschließend

lässt man auf Raumtemperatur kommen und rührt weitere 5 Stunden. Die Reaktions-

mischung wird über 2 cm Kieselgel abgesaugt, um das Polymer und die Titan-Rück-

stände zu entfernen, anschließend destilliert man die flüchtigen Bestandteile im

125


Vakuum (bis 120°C bei 0.5 mbar). Das NMR-Spektrum der farblosen Lösung enthält

kein Produkt, sondern nur Nebenprodukte.

6.6.2 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und Methacrolein 64[122]

CHO

O

O

65

Exp.-Nr.: DS 258

In einem 25 ml Birnen-Schlenkkolben werden von 0.059 g (0.145 mmol OH-Gruppen)

poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) vorgelegt in 2 ml CH2Cl2 (abs.). Die farblose Lösung

wird auf 0°C gekühlt und mit 0.73 ml (0.073 mmol, 0.5 äq bezüglich der OH-Gruppen)

einer 0.1 N Lösung von TiCl2(OiPr)2 in CH2Cl2 versetzt. Dabei bildet sich sofort ein

orangefarbener Niederschlag. Die Mischung wird eine Stunde bei RT gerührt und

anschließend im Ölpumpenvakuum von flüchtigen Bestandteilen befreit. Den ge-

wonnenen Komplex setzt man direkt als Katalysator ein.

Nach Zugabe von 3 ml Toluol (abs.) bleibt der orangefarbene Komplex ungelöst,

ebenso nach Zusatz von 0.102 g (1.45 mmol, 10 äq) Methacrolein (frisch dest. über

CaH2) und 0.120 g (68% E-Anteil entspricht 0.735 mmol, 5 äq) E-1-Acetoxy-1,3-

butadien bei Raumtemperatur. Nach 16 h ergibt die DC-Kontrolle keinerlei Umsatz,

daher wird zu der Mischung 1 ml (abs.) THF gegeben, woraufhin der orangefarbene

Polymerkomplex innerhalb weniger Minuten in Lösung geht. Nach 3 d bricht man die

Reaktion durch Zusatz von 5 ml Et2O und 10 ml NaHCO3-Lsg. (ges.) ab, filtriert über

Celite und wäscht die organische Phase über ges. NaCl-Lsg. Anschließend wird die

organische Phase getrocknet und über 1 cm Kieselgel abgesaugt. Nach Abziehen des

Lösungsmittels erhält man 30 mg gelbes Öl, das Roh-NMR-Spektrum ergibt einen

endo-Anteil des Produktes von 96%.

126


Durch Säulenchromatographie (PE/EE 5/1) ergeben sich 15 mg (7.7%, Lit.: 63%[122])

des Produktes als farbloses Öl. Der Vergleich des spezifischen Drehwertes mit den

Literaturangaben zeigt, dass keine chirale Induktion in das Produkt erzielt wird.


Lit.:[122]

= -+239.3 (c = 0.83 in CHCl25][ Dα 3) (für 94% ee, endo).

6.6.3 Katalyse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66

OH

67

Exp.-Nr.: DS 242

Nach Literaturangaben[124, 180] werden einem 25 ml Birnen-Schlenkkolben 0.050 g

(0.104 mmol, 0.5 äq OH-Gruppen) poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) unter Ar vorgelegt

und in 4 ml CH2Cl2 (abs.) gelöst. Nach Kühlung im Eisbad gibt man 0.120 ml

(0.350 mmol, 7 äq) Ti(OiPr)4, woraufhin die Lösung sofort hellgelb wird. Nach einer

Stunde bei RT zieht man das Lösungsmittel ab, trocknet im Vakuum und nimmt erneut

in 3 ml CH2Cl2 auf. Der Komplex wird dabei nur teilweise gelöst. Die Mischung wird

auf 0°C gekühlt, mit 0.75 ml (0.750 mmol, 15 äq) Et2Zn (1 M in Hexan, Aldrich), nach

20 Min. mit 0.027 g (0.250 mmol, 5 äq) Benzaldehyd (frisch dest.) versetzt. Man lässt

die Mischung über Nacht auftauen und bricht die Reaktion nach 16 h durch Zugabe von

4 ml HCl (1N) ab. Die wässrige Phase wird abgetrennt, mit ee extrahiert, über Na2SO4

getrocknet und vom Lösungsmittel befreit. Das gelbe Öl wird zunächst über Kieselgel

(Laufmittel PE/EE 4/1) filtriert und anschließend durch Kugelrohrdestillation (80°C,

0.5 mbar) gereinigt. Die Ausbeute beträgt 56 mg (67%) eines farblosen Öls, das NMR-

Spektrum stimmt mit dem Literatur-Spektrum des Produktes überein.[126] Der Vergleich

des Drehwertes mit entsprechenden Literaturangaben liefert einen EE von 7.8%.[126, 129]

127


Drehwert: = +3.57 (c = 0.84 in CHCl25][ Dα 3).

Literatur:[126]

= -+42.91 (c = 2.44 in CHCl25][ Dα 3) (für 92% ee, (R)).

Exp.-Nr.: DS 246

Analog der obigen Vorschrift (siehe DS 242) wird der Katalysator aus 0.063 g

(0.132 mmol, 0.5 äq OH-Gruppen) poly-(3HOPEIC-co-(R)-DMHIC) mit 0.160 ml

(0.450 mmol, 7 äq) Ti(OiPr)4 hergestellt. Nach Zugabe von 1.75 ml (1.75 mmol, 26 äq

Et2Zn (1 M in Hexan) und 0.109 g (1 mmol, 15 äq) Benzaldehyd (frisch dest.) bei -20°C

wird über Nacht bei dieser Temperatur gerührt. Die DC-Kontrolle ergibt keinen

Umsatz, daher wird die Reaktionsmischung im Eisbad auf 0°C gebracht. Nach weiteren

4 h kontrolliert man den Umsatz erneut mittels DC; da kein Reaktionsforschritt

erkennbar ist, lässt man auf Raumtemperatur erwärmen. Nach 4 h bei RT zeigt sich im

DC ein kleiner Produktfleck neben viel Edukt.

Daher lässt man weitere 3 d rühren und arbeitet anschließend auf (Beschreibung unter

DS 242).

Das Produkt wird mit 85% Ausbeute als farbloses Öl gewonnen. Der ee wird mittels

Drehwertvergleich bestimmt (ee = 4.4% (R)), die Bestimmung durch chirale GC ergibt

einen ee von 5.4% (R).

Exp.-Nr.: DS 416

In einem Experiment analog den Bedingungen von DS 242 wird der Umsatz ohne

Zugabe eines Liganden gaschromatographisch überprüft. Nach 168 h bei RT ergibt sich

ein Umsatz von 34%, ein ee kann nicht festgestellt werden.

128


6.7 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40

6.7.1 Darstellung von 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40

3

4

7

6 21N

OMe8

C

5

O

40

Exp.-Nr.: DS 168

Nach der allgemeinen Literaturvorschrift[61] werden 100 g (400 mmol, 5 äq) 4,4´-

Methylen-bis(phenylisocyanat) 32 in einem 250 ml Kolben mit Vigreux-Kolonne (mit

Destillationsaufsatz) unter Ar auf 110°C erhitzt. Das m-Anisidin wird zugespritzt und

nach 5 Min. wird ein reduziertes Ölpumpenvakuum (ca. 1.2 mbar) angelegt. Man erhitzt

das Ölbad bis 160°C wobei das Produkt als farbloses Öl abdestilliert. Die Ausbeute

beträgt 8.55 g (72%).

Sdp.: 55°C / 1.2 mbar (Lit.: 94-95°C / 10 mbar[177])

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 3.970 (s, 8-H3), 6.618 (d, 2-H), 6.690 (ddd, 6-

H), 6.741 (ddd, 4-H), 7.209 (t, 5-H) ppm.

J2,4+6 = 2.2 Hz, J5,4+6 = 8.2 Hz, J4,6 = 0.9 Hz.

6.8 3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat (3TMSOPIC) 90

6.8.1 Darstellung von 3-Trimethylsilyloxy-phenylamin 89

NH2

OTMS

129


89 Exp.-Nr.: DS 133

Analog der Literatur[61] werden 54.57 g (500 mmol, 1 äq) 3-Aminophenol 88 und

44.39 g (500 mmol, 1 äq) Hexamethyldisilazan mit einer katalytischen Menge (3-4

Tropfen) Chlortrimethylsilan umgesetzt. Das Produkt wird durch Abdestillation

erhalten, es sind 78.3 g (86%, Lit.: 87%) farbloses Öl. Die spektroskopischen Daten

stimmen mit den Literaturwerten überein.

Sdp.: 113°C / 10 mbar (Lit.: 115-116°C / 18 mbar)

6.8.2 Darstellung von 3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat (3TMSOPIC) 90

3

4

7

6 21N

OTMS8

C

5

O

90

Exp.-Nr.: DS 136

Analog der Literaturvorschrift[61] werden 100 g (400 mmol) 4,4´-Methylen-

bis(phenylisocyanat) 32 und 14.50 g (80.0 mmol) 3-Trimethylsilyloxy-phenylamin 89

umgesetzt. Im Unterschied zur Literatur wird direkt aus dem Reaktionskolben über eine

Vigreux-Kolonne abdestilliert, das Produkt (14.98 g, 90% Lit.: 79%) fällt als farbloses

Öl ohne weitere Reinigung analysenrein (1H-NMR) an. Das 1H-NMR-Spektrum

entspricht den Literaturwerten.[61]

Sdp.: 98°C / 8 mbar (Lit.: 109°C / 18 mbar)

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.286 (s, 8-H9), 6.573 (d, 2-H), 6.679 (ddd, 6-

H), 6.714 (ddd, 4-H), 7.160 (t, 5-H) ppm.

J2,4+6 = 2.2 Hz, J5,4+6 = 8.1 Hz, J4,6 = 0.9 Hz.

130


6.9 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (3BnOPIC) 93

6.9.1 Darstellung von 3-Benzyloxy-benzoesäure 92

COOH

OBn 92

Exp.-Nr.: DS 236

Analog der Literatur[152] werden 50.00 g (362.0 mmol, 1 äq) 3-Hydroxybenzoesäure 91

mit 40.62 g (724.0 mmol, 2 äq) Kaliumhydroxid und 68.11 g (398.2 mmol, 1.1 äq)

Benzylbromid (dest.) umgesetzt zu 23.0 g (38%, Lit.: 21%) des weissen, kristallinen

Produktes. Die spektroskopischen Daten entsprechen den Literaturwerten.[152]

Smp.: 130-132°C (Lit.: 130-132)[181]

6.9.2 Darstellung von 3-Benzyloxy-phenylisocyanat (3BnOPIC) 93

3

4

6

5

21N C

7O

O

9

10

12

11

8

93

Exp.-Nr.: DS 239, 251

In einem 100 ml Kolben mit Rückflusskühler (mit Überdruckblubber) werden 5.29 g

(23.17 mmol, 1 äq) 3-Benzyloxy-benzoesäure 92 in 50 ml CH2Cl2 (abs.) vorgelegt und

unter Eiskühlung mit 7.35 g (57.93 mmol, 2.5 äq) Oxalylchlorid versetzt. Das Eisbad

lässt man langsam auftauen, wobei eine relativ starke Gasentwicklung einsetzt. Nach

131


16 h entfernt man die flüchtigen Bestandteile durch Kältedestillation (Aufsetzen einer

Brücke mit Anschluss an einen Schlenkkolben in flüssigem Stickstoff).

Nach Evakuierung wird das Säurechlorid entsprechend der allgemeinen Literatur-

vorschrift[53] erneut unter Ar gesetzt und 20 ml Toluol sowie 3.47 g (30.12 mmol,

1.3 äq) Azidotrimethylsilan zugegeben. Die Lösung erhitzt man für 16 h auf 50-60°C,

da die Gasentwicklung noch nicht beendet ist, erhitzt man weitere 30 Min. zum

Rückfluss. Man entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer und reinigt durch

Kugelrohrdestillation im Vakuum, wobei 3.60 g (69%) eines farblosen Öls anfallen.

Nach einigen Tagen kristallisiert das Öl zum weissen Festkörper.

Lit.: physikal. Daten, ohne NMR, da 1959 publiziert[182]

Smp.: 45-46°C

Sdp.: 105°C / 0.15 mbar (Lit.: 134°C / 2 mbar)

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 5.021 (s, 8-H2), 6.684 (ddd, 6-H), 6.693 (d, 2-

H), 7.799 (ddd, 4-H), 7.190 (t, 5-H), 7.301-7.429 (m, 10-H, 11-H, 12-H) ppm.

J2,4+6 = 2.2 Hz, J5,4+6 = 8.3 Hz, J4,6 = 0.9 Hz.

13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 70.16 (8-C), 111.45 (2-C), 112.48 (4-C),

117.48 (6-C), 127.45 (10-C), 128.14 (12-C), 128.65 (11-C), 130.20 (5-C), 134.47 (1-C),

136,47 (9-C), 159.61 (3-C) ppm.

6.10 3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat (3MOMOPIC) 100

6.10.1 Darstellung von 1-Methoxymethyl-3-nitro-phenol

NO2

O O

Exp.-Nr.: DS 295, 304

132


Analog der allgemeinen Literaturvorschrift[158] werden 5 g (35.9 mmol, 1 äq)

3-Nitrophenol 98 und 5.96 g (43.1 mmol, 1.2 äq) wasserfreies K2CO3 (im Gegensatz zur

Literatur nicht gemörsert) in 150 ml Aceton (abs.) in einem 250 ml Dreihalskolben

unter Ar für eine Stunde heftig gerührt. Dann wird im Eisbad gekühlt und 4.34 g

(53.9 mmol, 1.5 g) Methoxymethylchlorid (MOM-Cl) 97 zu der intensiv orange-

farbenen Lösung getropft. Das Eisbad wird entfernt und 18 h bei RT gerührt, wobei eine

weitgehende Entfärbung eintritt. Nach DC-Kontrolle des Umsatzes wird das Lösungs-

mittel weitgehend am Rotationsverdampfer entfernt. Man versetzt anschließend mit

100 ml Diethylether und 50 ml H2O. Die wässrige Phase wird 2 mal mit 50 ml Diethyl-

ether extrahiert und die vereinten organischen Phasen mehrmals mit wenig NaOH-

Lösung (2 N) gewaschen, bis diese farblos bleibt. Nach Waschen mit Wasser und ges.

NaCl-Lösung wird das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Das hellgelbe

Öl (6.64 g, quant.) entspricht laut 1H-NMR-Analyse dem Produkt[159] und kann ohne

weitere Reinigung weiter eingesetzt werden.

RF = 0.68 (PE/EE = 3:1) (nur im UV-Licht erkennbar).

6.10.2 Darstellung von 1-Methoxymethyl-3-amino-phenol 99

NH2

O O 99

Exp.-Nr.: 266, 281, 334 (Synthese aus 3-Hydroxyanilin)

In Anlehnung an die Literaturvorschrift[157] werden in einem 250 ml Dreihalskolben mit

Tropftrichter und Überdruckblubber 1.703 g (70.96 mmol, 1 äq) NaH (ohne Mineralöl)

in 20 ml DMF (abs.) unter Ar vorgelegt. Bei 50°C tropft man 7.74 g (70.96 mmol, 1 äq)

3-Hydroxyanilin in 50 ml DMF (abs.) zu und rührt 30 Min. bis die Gasentwicklung

vollständig beendet und der Festkörper gelöst ist. Dann werden bei 50°C 5.71 g

133


(70.96 mmol, 1 äq) MOM-Cl zugetropft, woraufhin sich ein weisser Niederschlag

bildet. Nach 2 h lässt man auf RT abkühlen und gibt erst 50 ml Toluol und dann 85 ml

H2O dazu. Die orangefarbene, wässrige Phase wird 2 mal mit 50 ml Toluol extrahiert,

die organischen Phasen vereint und mit 5%iger NaOH-Lösung (2 mal) und Wasser

gewaschen. Nach Trocknung über Na2SO4 und Entfernen des Lösungsmittel am

Rotationsverdampfer erhält man 3.2 g eines orangefarbenen Öls. Das Rohprodukt wird

mittels Kugelrohrdestillation (110°C, 0.2 mbar) gereinigt und 2.84 g (26%, Lit.:

55%[157]) des Produktes als farbloses Öl erhalten.

Exp.-Nr.: DS 297, 306 (Synthese aus 1-Methoxymethyl-3-nitro-phenol)

In einem 1 l Einhalskolben werden 13.0 g (71.0 mmol) 1-Methoxymethyl-3-nitro-

phenol und 0.152 g Pd/C (10%) in 250 ml THF vorgelegt, 2 mal evakuiert und jeweils

über einen Ballon unter eine H2-Atmosphäre gesetzt. Um eine gute Durchmischung mit

dem Gas zu gewährleisten, wird für 16 h heftig gerührt. Nach DC-Kontrolle filtriert

man über Celite und reinigt das Rohprodukt mittels Kugelrohrdestillation. Die 10.70 g

(99% Lit.: 89% bei Reduktion mit HgAl[159]) des hellgelben Öls entsprechen laut NMR-

Analyse dem Produkt.

RF = 0.36 (PE/EE = 3:1).

Sdp.: 110°C / 0.2 mbar

6.10.3 Darstellung von 3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat (3MOMOPIC) 100

3

4

7

6 21N C

5

O

O9

O

8

100

Exp.-Nr.: DS 267, 269 278, 299 (MDI-Methode); 308, 318, 336, (Phosgen-Methode)

134


MDI-Methode

Entsprechend der allgemeinen Literaturvorschrift[61] werden 7.30 g (29.2 mmol, 5 äq)

4,4´-Methylen-bis(phenylisocyanat) (MDI) 32 in einem 25 ml Birnenkolben in der

Kugelrohr-Destillationsapparatur unter Ar auf 140°C erhitzt. Zu der Schmelze werden

1.25 g (8.09 mmol) 1-Methoxymethyl-3-amino-phenol 100 gespritzt und nach 5 Min.

wird ein Vakuum von 7 mbar angelegt. Der Ofen wird erhitzt bis 200°C, wobei das

Produkt als farbloses Öl abdestilliert; die Ausbeute beträgt 1.30 g (90%).

Phosgen-Methode

Die Reaktion wird unter Schotten-Baumann-Bedingungen[56, 175] in einer Flasche mit

knapp über dem Boden angebrachten PTFE-Auslass-Ventil durchgeführt. Während der

Reaktion kann ein Überdruckblubber aufgesetzt werden. Da Phosgen sehr giftig ist,

wird stets eine Flasche mit Ammoniak-Lösung zur Vernichtung eventuell verschütteter

Phosgen-Lösung bereitgehalten.

In einer 1 l Flasche werden 2 g (13.1 mmol, 1 äq) 1-Methoxymethyl-3-amino-phenol 99

zu 120 ml CHCl3 und 120 ml NaHCO3-Lösung (ges.) gegeben und kurz gerührt. Der

Rührer wird ausgeschaltet und 10.14 g (19.6 mmol, 1.5 äq) Phosgen-Lösung (1.93 M,

20%) über eine Spritze schnell in die untere Phase gegeben. Sofort danach rührt man die

Mischung heftig für 10 min, wobei eine starke Gasentwicklung zu beobachten ist.

Anschließend lässt man die Phasen separieren und trennt die untere Phase über das

Ventil ab. Die wässrige Phase wird noch 2 mal mit je 50 ml CHCl3 versetzt und durch

heftiges Rühren extrahiert.

Die vereinten organischen Phasen trocknet man über MgSO4, nach Zugabe von ca.

2-3 g Kieselgel (getrocknet) wird filtriert und das Lösungsmittel am Rotations-

verdampfer entfernt. Die Reinigung mittels Kugelrohrdestillation ergibt 1.75 g (75%)

des Produktes als farbloses Öl.

Sdp.: 100°C / 10 mbar

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 3.461 (s, 9-H3), 5.149 (s, 8-H2), 6.726 (ddd, 6-

H), 6.777 (d, 2-H), 6.866 (ddd, 4-H), 7.194 (t, 5-H) ppm.

J2,4+6 = 2.2 Hz, J5,4+6 = 8.1 Hz, J4,6 = 0.9 Hz.

135



112.48 (4-C), 118.32 (6-C), 124.82 (7-C), 130.20 (5-C), 134.47 (1-C), 159.61 (3-C)

ppm.

IR (KBr): ν = 2958.6 (CH), 2933.3 (CH), 2268.5 (N=C=O), 1599.4 und 1509.5 (1,3-

disubst. Aromat), 1153.8, 1011.2, 993.6, 776.9 und 684.0 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

EI-MS : m/z (%): 179 (37, [M]+), 90 (50, [C6H6]+), 51 (67, [C4H3]+), 45 (100, [C2H4O]).

C9H9NO3 (179.17) ber.: C 60.33 H 5.06 N 7.82

gef.: C 60.37 H 5.14 N 7.75

6.11 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat ((S)-3PEAPIC) 48

6.11.1 Darstellung von 3-Benzoxycarbonyl-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid

COOBn

HN

O

Ph

Exp.-Nr.: DS 132, 151

Entsprechend der Literatur[70] wird 36.1 g (178 mmol, 1 äq) Isophthaloylchlorid 104 mit

19.2 g (178 mmol, 1 äq) Benzylalkohol, 21.6 g (178 mmol, 1 äq) (S)-Phenethylamin

und 22.6 g (426 mmol, 1.2 äq) Pyridin (abs.) umgesetzt. Da die verbleibenden Edukte

bzw. Nebenprodukte in der wässrigen Phase oder in Et2O löslich sind, wird eine

modifizierte Aufarbeitung durchgeführt. Zur Aufarbeitung wird, entgegen der Literatur-

vorschrift mit 500 ml Diethylether versetzt und im Scheidetrichter heftig gegen 70 ml

136


0.2 N HCl-Lösung geschüttelt. Nach Absaugen des weissen Produktes wird mit Wasser

und dann mit wenig Ether gewaschen, bis der Geruch nach Pyridin nicht mehr wahr-

nehmbar ist. Das Produkt wird NMR-spektroskopisch untersucht und entspricht den

Literaturvorgaben, wobei noch wenige Prozent Nebenprodukte enthalten sind. Diese

werden bei der Umkristallisation auf der nächsten Stufe abgetrennt.

Die Ausbeute ist mit 22.0 g (34%) etwas niedriger als in der Literatur angegeben (42%),

dafür entfällt die säulenchromatographische Reinigung.

6.11.2 Darstellung von N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-isophthalsäure 105

COOH

HN

O

Ph

105

Exp.-Nr.: DS 139, 152, 158, 207, 213

In einer Modifikation der Literaturvorschrift[70] werden 11.67 g (32.5 mmol) 3-

Benzoxycarbonyl-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid und 0.150 g Pd/C (10%) in 200 ml

THF und 100 ml MeOH vorgelegt, 2 mal evakuiert und jeweils über einen Ballon unter

eine H2-Atmosphäre gesetzt. Um eine gute Durchmischung mit dem Gas zu gewähr-

leisten, wird heftig gerührt. Innerhalb von 2 h löst sich der weisse Festkörper voll-

ständig, nach 16 h wird mittels DC der Umsatz kontrolliert. Man filtriert über Celite,

entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer und reinigt das Rohprodukt durch

Umkristallisation aus 50 ml MeOH. Die NMR-Spektren der farblosen Kristalle

entsprechen den Literaturangaben; die Ausbeute von 95% (8.35 g) stellt eine Verbes-

serung gegenüber den beschriebenen 78% dar.

137


6.11.3 Darstellung von 3-Nitro-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid 107

3

21

7

6

5

NO2

4

9HN8

O

1110

15

14

1312

107

Exp.-Nr.: DS 290

In einem 250 ml Schlenkkolben mit Tropftrichter werden 15.0 g (80.8 mmol, 1 äq) 3-

Nitrobenzoylchlorid 106 in 120 ml THF (abs.) unter Ar im Eisbad vorgelegt. Über den

Tropftrichter lässt man eine Mischung aus 12.22 g (80.8 mmol, 1 äq) (S)-Phenethylamin

und 7.08 g (97.0 mmol, 1.2 äq) Dimethylethylamin während 30 Min. zutropfen. Dabei

bildet sich ein weisser Niederschlag. Die Mischung wird über Nacht bei RT gerührt,

anschließend gibt man 75 ml Wasser hinzu und extrahiert mit 3 mal 75 ml CHCl3. Nach

Waschen mit je 75 ml 2N NaOH (2x), 2N HCl (2x), H2O und ges. NaCl-Lösung wird

das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt, dabei erhält man 7.8 g weissen

Festkörper. Die vereinten wässrigen Phasen werden mit 100 ml Essigester und

2x200 ml CH2Cl2 extrahiert, bis laut DC kein Produkt mehr in die organische Phase

übergeht. Dann trocknet man über MgSO4 und zieht am Rotationsverdampfer das

Lösungsmittel ab. Die Rohprodukte werden vereint und aus Toluol (160 ml) um-

kristallisiert, es resultieren 17.87 g (83%) hellbeige Kristalle.

RF = 0.64 (PE/EE = 1:1) (nur im UV-Licht sichtbar).

Schmp.: 150-151°C

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 1.593 (d, 15-H3), 5.325 (dt, 10-H), 7.227 (t,

14-H), 7.316 (t, 13-H2), 7.418 (d, 12-H2), 7.594 (t, 5-H), 8.276-8.326 (m, 4-H, 6-H),

8.759 (d, 9-H), 8.865 (t, 2-H) ppm.

J2,4+6 = 2.0 Hz, J5,4+6 = 8.0 Hz, J9,10 = 8.0 Hz, J10,15 = 7.2 Hz, J12,13 = 7.8 Hz, J13,14 = 7.8

Hz.

138



122.53 (4-C), 126.34 (12-C), 126.97 (14-C), 128.35 (13-C), 129.28 (5-C), 134.09 (6-C),

136.28 (3-C), 143.78 (11-C), 147.97 (1-C), 164.09 (8-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3334.5 (NH), 3084.6 (ArH), 2975.4 (CH), 1633.7 (NH), 1527.8 (C=O,

Amid), 1348.2 (NO2), 1274.3 (COC), 699.3 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

EI-MS : m/z (%): 270 (56, [M]+), 255 (46, [C14H11N2O3]+) 150 (100, [C7H4NO3]+) 104

(49, [C8H9]+).

C15H14N2O3 (270.283) ber.: C 66.66 H 5.22 N 10.36

gef.: C 66.54 H 5.22 N 10.31

Drehwert: = 25.40 (c = 1.00 in THF). 25][ Dα

= 26.60 (c = 1.00 in THF). 25578][α

= 31.30 (c = 1.00 in THF). 25546][α

= 69.00 (c = 1.00 in THF). 25436][α

[ (Absorption) (c = 1.01 in THF). 25365]α

6.11.4 Darstellung von 3-Amino-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid 108

3

21

7

6

5

NH2

4

9HN8

O

1110

15

14

1312

108

Exp.-Nr.: DS 292, 296

139


In einem 1 l Einhalskolben werden 13.0 g (71.0 mmol) 3-Nitro-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-

benzamid 107 und 0.419 g Pd/C (10%) in 400 ml EtOH/THF 1/1 vorgelegt, unter Ar

gesetzt, 2 mal evakuiert und jeweils über einen Ballon unter eine H2-Atmosphäre

gesetzt. Um eine gute Durchmischung mit dem Gas zu gewährleisten, wird für 16 h

heftig gerührt. Nach DC-Kontrolle filtriert man über Celite und reinigt das Rohprodukt

durch Kristallisation aus 150 ml Toluol. Da die Kristalle noch etwas braun sind, werden

sie in 150 ml Essigester gelöst, über einer Kieselgel-Schicht von 3 cm abgesaugt und

anschließend am Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit. Die farblosen

Kristalle (8.97 g, 90%) fallen analysenrein (1H-NMR) an.

RF = 0.29 (PE/EE = 1:1).

Schmp.: 126-127°C

1H-NMR (CDCl3 + 2 Tropfen DMSO-d6, 500 MHz, 300 K): δ = 1.452 (d, 15-H3),

5.193 (dt, 10-H), 5.200 (s, 9-H2), 6.694 (ddd, 6-H), 7.001-7.051 (m, 2-H, 6-H), 7.078 (t,

5-H), 7.207 (t, 14-H), 7.310 (t, 13-H2), 7.382 (d, 12-H2), 8.561 (d, 9-H) ppm.

J2,4+6 = 2.5 Hz, J5,4+6 = 7.6 Hz, J9,10 = 8.2 Hz, J10,15 = 7.7 Hz, J12,13 = 7.5 Hz, J13,14 = 7.5

Hz.

13C-NMR (CDCl3 + 2 Tropfen DMSO-d6, 125 MHz, 300 K): δ = 22.65 (15-C), 48.65

(10-C), 113.33 (2-C), 114.98 (4-C), 116.76 (6-C), 126.44 (12-C), 126.88 (14-C), 128.55

(13-C), 129.94 (5-C), 136.04 (3-C), 145.50 (11-C), 148.98 (1-C), 166.80 (8-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3471.1 und 3381.2 (NH2), 3335.4 (NH), 2972.3 (CH), 2929.6 (CH),

1619.2 (NH), 1581.4 und 1492.2 (1,3-disubst. Aromat) 1525.6 (C=O, Amid), 701.6

(1,3-disubst. Aromat) cm-1.

EI-MS : m/z (%): 240 (82, [M]+), 120 (100, [C7H6NO]+), 92 (42, [C6H6N]+).

C15H16N2O (240.300) ber.: C 74.97 H 6.71 N 11.66

gef.: C 74.85 H 6.71 N 11.57

140



= -12.67 (c = 1.01 in THF). 25578][α

= -14.36 (c = 1.01 in THF). 25546][α

= -19.50 (c = 1.01 in THF). 25436][α

[ (Absorption) (c = 1.01 in THF). 25365]α

6.11.5 Darstellung von 3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenylisocyanat ((S)-3PEAPIC) 48

3

1

7

6

5

9HN8

O

1110

15

14

1312

N

2

C O

4

48

1) Synthese nach Lit.[70] aus N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-isophthalsäure:

Exp.-Nr.: DS 143, 156, 204

Der Literaturvorschrift[70] folgend werden 2.594 g N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-isophthalsäure

105 (9.63 mmol, 1 äq), 0.844 g (11.6 mmol, 1.2 äq) EtMe2N (statt Et3N), 1.36 g

(12.5 mmol, 1.3 äq) Chlorameisensäureethylester und 0.940 g (14.45 mmol, 1.5 äq)

Natriumazid umgesetzt. Die Reinigung durch Kristallisation (10 ml abs. Toluol + 10 ml

abs. PE) gelingt nur teilweise, da mit den weissen Kristallen auch ein gelbes Öl ausfällt.

Das Produkt wird zu 1.50 g (53%, Lit.: 60%) erhalten. Die NMR-Spektren entsprechen

der Literaturangabe, das Isocyanat kann jedoch nicht rein erhalten werden und ist daher

für die Polymerisation nicht einsetzbar.

141


2) Selbst entwickelte Synthese aus 3-Amino-N-(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid:

Exp.-Nr.: DS 293, 294, 298, 307

Die Reaktion wird unter den bereits beschriebenen Schotten-Baumann-Bedingungen[56,

175] durchgeführt. In einer 100 ml Flasche werden 1.00 g (4.15 mmol, 1 äq) 3-Amino-N-

(S)-(1-phenyl-ethyl)-benzamid 108 zu 20 ml CHCl3 und 20 ml NaHCO3-Lösung (ges.)

gegeben und kurz gerührt. Der Rührer wird ausgeschaltet und 3.24 ml (6.24 mmol,

1.5 äq) Phosgen-Lösung (1.93 M, 20%) über eine Spritze schnell in die untere Phase

gegeben. Sofort danach rührt man die Mischung heftig für 10 min, wobei eine starke

Gasentwicklung zu beobachten ist. Anschließend lässt man die Phasen separieren und

trennt die untere Phase über den PTFE-Hahn ab. Die wässrige Phase wird noch 2 mal

mit je 10 ml CHCl3 versetzt und durch heftiges Rühren extrahiert.

Die vereinten organischen Phasen trocknet man über MgSO4, nach Zugabe von ca. 1 g

Kieselgel (getrocknet) wird filtriert und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer

entfernt. Nach Lösen in 5 ml Toluol (abs.) wird mit 30 ml Petrolether (abs.) über-

schichtet. Über Nacht kristallisiert das Produkt (0.972 g, 88%) als 2-3 cm lange Nadeln

aus.

RF = 0.29 (PE/EE = 1:1).

Schmp.: 90-92°C

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 1.594 (d, 15-H3), 5.302 (dt, 10-H), 6.426 (s, 9-

H2), 7.182 (ddd, 6-H), 7.257-7.300 (m, 5-H), 7.257-7.300 (m, 12-H2, 13-H2, 14-H2),

7.505 (t, 2-H), 7.545 (ddd, 4-H) ppm.

J2,4+6 = 1.8 Hz, J5,4+6 = 7.8 Hz, J9,10 = 7.1 Hz, J10,15 = 7.0 Hz.

13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 21.64 (15-C), 49.46 (10-C), 123.61, 124.01

(2-C, 6-C), 126.25 (12-C), 127.24, 127.64 (4-C, 14-C), 128.81 (13-C), 129.79 (5-C),

134.06 (1-C), 136.28 (3-C), 142.85 (11-C), 165.40 (8-C) ppm.

142


Drehwert: = 14.08 (c = 1.04 in THF). 25][ Dα

= 15.23 (c = 1.04 in THF). 25578][α

= 17.24 (c = 1.04 in THF). 25546][α

= 32.09 (c = 1.04 in THF). 25436][α

[ = 62.74 (c = 1.04 in THF). 25365]α

Literatur[70]:

= 13 (c = 1.1 in THF). 25][ Dα

[ = 63 (c = 1.1 in THF). 25365]α

6.12 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat ((R)-3BOPIC) 49

6.12.1 Darstellung von (S)-Toluol-4-sulfonsäure-sec-butylester 109

OSO

O

109 Exp.-Nr.: DS 302, 312, 322

Analog der Literaturvorschrift[165] werden 5.65 g (29.7 mmol, 2 äq) p-Toluolsulfonyl-

chlorid und 1.1 g (14.8 mmol, 1 äq) (S)-Butanol in 25 ml Pyridin (abs.) zu 2.80 g (83%,

Lit.: 99%) umgesetzt. Das NMR-Spektrum entspricht der in der Literatur angegebenen

Referenz.


143


6.12.2 Darstellung von (R)-1-sec-Butoxy-3-nitro-benzol 110

3

4

6

5

21NO2

11

O

7

89

10

110 Exp.-Nr.: DS 303, 315, 323, 340

In einem 250 ml Dreihalskolben werden entsprechend der allgemeinen Methode[90]

unter Ar 3.07 g (22.1 mmol, 1.2 äq) 3-Nitrophenol 98 und 3.81 g (27.6 mmol, 1.5 äq)

wasserfreies K2CO3 in 50 ml Aceton (abs.) und 5 ml DMF (abs.) für eine Stunde heftig

gerührt Dann wird die orangefarbene Suspension mit 4.20 g (18.4 mmol, 1.5 äq)

(S)-Toluol-4-sulfonsäure-sec-butylester 109 versetzt und 3 d bei RT gerührt. Nach DC-

Kontrolle wird für weitere 4 d auf 45-50°C (Ölbadtemperatur) erwärmt, bis der Umsatz

vollständig ist. Das Lösungsmittel wird weitgehend am Rotationsverdampfer entfernt

und anschließend mit 100 ml Diethylether und 50 ml H2O versetzt. Die wässrige Phase

wird 2 mal mit 50 ml Diethylether extrahiert und die vereinten organischen Phasen

mehrmals mit wenig NaOH-Lösung (2 N) gewaschen, bis diese farblos bleibt. Nach

Waschen mit Wasser und ges. NaCl-Lösung wird das Lösungsmittel am Rotations-

verdampfer entfernt. Das Produkt fällt nach Kugelrohrdestillation als 3.14 g (87%) eines

gelblichen Öls an.


RF = 0.58 (PE/EE = 9:1).

Sdp.: 80°C / 0.2 mbar

1H-NMR (CDCl3, 500 MHz, 300 K): δ = 0.996 (t, 10-H3), 1.333 (d, 11-H3), 1.585-

1.859 (m, 9-H2), 4.393 (tq, 8-H) 7.197 (ddd, 4-H), 7.405 (t, 5-H), 7.711 (t, 2-H), 7.784

(ddd, 6-H) ppm.

J2,4+6 = 2.4 Hz, J5,4+6 = 8.3 Hz, J4,6 = 0.9 Hz, J8,11 = 6.1 Hz, J9,10 = 7.1 Hz.

144



76.32 (8-C), 110.36 (2-C), 115.70 (6-C), 123.00 (4-C), 130.30 (5-C), 149.67 (1-C),

159.25 (3-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3094.2 (ArH), 2974.1 (CH), 2927.5 (CH), 1618.4 und 1573.70 (1,3-

disubst. Aromat), 1529.7 und 1348.9 (NO2), 1244.7 (COC), 737.8 und 674.2 (1,3-

disubst. Aromat).

EI-MS : m/z (%): 195 (24, [M]+), 139 (100, [C6H5NO3]+).

C10H13NO3 (195.215) ber.: C 61.53 H 6.71 N 7.18

gef.: C 61.50 H 6.88 N 7.11


= -41.60 (c = 1.00 in CHCl25578][α 3).

= -48.00 (c = 1.00 in CHCl25546][α 3).

= -93.30 (c = 1.00 in CHCl25436][α 3).

[ (Absorption) (c = 1.00 in CHCl25365]α 3).

6.12.3 Darstellung von (R)-3-sec-Butoxy-phenylamin 111

1

4

3

26

5

NH2

8

O

7

11

109

111 Exp.-Nr.: DS 309, 317, 328, 375

In einem 250 ml Einhalskolben werden 2.97 g (15.2 mmol) (R)-1-sec-Butoxy-3-nitro-

benzol 110 und 0.150 g Pd/C (10%) in 100 ml THF vorgelegt, 2 mal evakuiert und mit

145


Ar geflutet. Anschließend wird 2 mal evakuiert und jeweils über einen Ballon unter eine

H2-Atmosphäre gesetzt. Um eine gute Durchmischung mit dem Gas zu gewährleisten,

wird für 16 h heftig gerührt. Nach DC-Kontrolle filtriert man über Celite und reinigt das

Rohprodukt mittels Kugelrohrdestillation. Als Produkt fallen 1.90 g (76%) eines

hellgelben Öls an.

RF = 0.14 (PE/EE = 9:1).

Sdp.: 80°C / 0.2 mbar


1.631 (m, 9-Ha), 1.670-1.766 (m, 9-Hb), 3.580 (s, 7-H2), 4.238 (tq, 8-H), 6.221 (t, 2-H),

6.246 (ddd, 6-H), 6.303 (ddd, 4-H), 7.022 (t, 5-H) ppm.



75.23 (8-C), 105.54 (2-C), 106.36 (4-C), 108.13 (6-C), 130.45 (5-C), 148.21 (1-C),

159.85 (3-C) ppm.

IR (KBr): ν = 3449.3 und 3372.6 (NH2), 3028.9 (ArH), 2971.3 (CH), 2920.3 (CH),

1627.9 und 1598.6 (1,3-disubst. Aromat), 1188.7 (COC), 1155.4 (NH2) 765.1 und 688.0

(1,3-disubst. Aromat).

EI-MS : m/z (%): 165 (50, [M]+), 109 (100, [C6H7NO]+).

C10H15NO (165.232) ber.: C 72.69 H 9.15 N 8.48

gef.: C 72.70 H 9.39 N 8.25


146


6.12.4 Darstellung von 3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat ((R)-3BOPIC) 49

1

4

3

26

5 O

7

811

109

N C O

49

Exp.-Nr.: DS 319, 337, 343, 376

In einer 250 ml Flasche werden analog der beschriebenen, modifizierten Schotten-

Baumann-Methode 0.9 g (5.45 mmol, 1 äq) (R)-3-sec-Butoxy-phenylamin 111 zu 50 ml

CHCl3 und 50 ml NaHCO3-Lösung (ges.) gegeben und kurz gerührt. Der Rührer wird

ausgeschaltet und 4.20 ml (8.17 mmol, 1.5 äq) Phosgen-Lösung (1.93 M, 20%) über

eine Spritze schnell in die untere Phase gegeben. Sofort danach rührt man die Mischung

heftig für 10 min, wobei eine starke Gasentwicklung zu beobachten ist. Anschließend

lässt man die Phasen separieren und trennt die untere Phase über den PTFE-Hahn ab.

Die wässrige Phase wird noch 2 mal mit je 20 ml CHCl3 versetzt und durch heftiges

Rühren extrahiert. Die vereinten organischen Phasen trocknet man über MgSO4; nach

Zugabe von ca. 0.5 g Kieselgel (getrocknet) wird filtriert und das Lösungsmittel am

Rotationsverdampfer entfernt.

Die Reinigung mittels Kugelrohrdestillation ergibt 0.980 g (94%) des Produktes als

farbloses Öl. Die Verschiebungen im 1H-NMR-Spektrum entsprechen den Literatur-

werten.[90]

Sdp.: 60°C / 0.2 mbar


1.655 (m, 9-Ha), 1.687-1.773 (m, 9-Hb), 4.260 (tq, 8-H), 6.604 (t, 2-H), 6.646 (ddd, 6-

H), 6.714 (ddd, 4-H), 7.174 (t, 5-H) ppm.


147


13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 9.73 (10-C), 19.16 (11-C), 29.13 (9-C), 75.36

(8-C), 112.38 (2-C), 113.40 (4-C), 116.88 (6-C), 124.80 (7-C), 130.15 (5-C), 134.43 (1-

C), 159.18 (3-C) ppm.


= -41.38 (c = 1.09 in THF). 25578][α

= -47.37 (c = 1.09 in THF). 25546][α

= -85.99 (c = 1.09 in THF). 25436][α

[ = -150.51 (c = 1.09 in THF). 25365]α

Literatur[90]:

= -33 (c = 1.0 in THF). 25][ Dα

[ = -95 (c = 1.0 in THF). 25365]α

Ausbeute Literatur-Methode (3 Stufen):[90] 30%

Ausbeute eigener Weg (3 Stufen): 62%

Anm.: Der Enantiomerenüberschuss ee von 49 wurde von Okamoto et al. per chiraler

HPLC zu 80% bestimmt. Einen linearen Verlauf der optischen Rotation voraussgesetzt,

erhielte man bei 100% ee eine spezifische Rotation von [ = - 41.25. Daher kann bei

der vorliegenden Probe ein ee von 96% angenommen werden.

25]Dα

6.13 Polymerisation mit Lithiumpiperidid als Initiator

6.13.1 AAV 3: Allgemeine Arbeitsvorschrift zur anionischen Polymerisa-tion mit Lithiumpiperidid als Initiator

Die Initiator-Lösung wird nach einem modifizierten Literaturverfahren[70, 71] unmittelbar

vor der Polymerisation hergestellt. In einem ausgeheizen und mit Ar gefluteten und

anschließend gewogenen 25 ml Schlenkkolben legt man ca. 0.144 g (0.168 ml,

1.7 mmol) Piperidin (frisch dest. über CaH2) vor und wiegt die genaue Gewichtsdif-

148


ferenz. Anschließend löst man das Amin in 10 ml THF (abs.) und titriert mit einer

Lösung von t-BuLi (1.7 M in Hexan, ca. 1 ml wird benötigt), bis die gelbe Farbe der

Lösung bestehen bleibt. Die Konzentration der Initiator-Lösung in mmol/ml ergibt sich

aus:

155.0*144.0

][]/[.)(g

gPiperidinEinwaagemlmmolInitc =

Die anionische Polymerisation muss unter strengem Feuchtigkeitsausschluss durch-

geführt werden, andernfalls findet keine Reaktion statt oder es kommt zu Einbußen bei

der Ausbeute. Daher wird der Reaktionskolben sorgfältig im Vakuum ausgeheizt, die

Isocyanat-Monomere werden unmittelbar vor der Polymerisation über CaH2 im

Vakuum destilliert.

In einem 25 ml Schlenkkolben mit langem Hals legt man das Isocyanat (bei Copoly-

merisation: die Isocyanate) unter Ar vor und evakuiert noch einmal kurz im Ölpumpen-

vakuum. Dann wird erneut mit Ar geflutet und der Kolben in ein EtOH-Kältebad (mit

Kryostat zur Temperaturregelung) bei –95°C für mindestens 25 Min. eingetaucht.

Anschließend lässt man die Initiator-Lösung langsam am Kolbenrand entlang in die

Reaktionsmischung laufen. Teilweise tritt nach einigen Minuten eine Erhöhung der

Viskosität und eine weisse Trübung auf.

Nach der Reaktionszeit (i. A. 0.5-2h) wird zum Abbruch (Capping der anionischen

Kettenenden) Acetylchlorid (10 äq. bezogen auf den Initiator) zugegeben und die

Temperatur des Kühlbades auf –78°C eingestellt. Nach einer Abbruchzeit von 16 h wird

1 ml MeOH langsam zugegeben und eine weitere Stunde bei –78°C gerührt, um eine

Protonierung nicht gecappter Kettenenden zu erreichen. Danach gießt man die noch

kalte Lösung schnell auf 50-70 ml gut gerührtes MeOH und rührt für 20-30 Min. Man

zentrifugiert (4000 U/min für 15 min) den pulvrigen Niederschlag ab, löst in einigen ml

THF und fällt erneut aus 50 ml MeOH. Nach einer weiteren Zentrifugation wird das

Polymer im Vakuum getrocknet. Bei Copolymeren wird das Verhältnis der eingebauten

Monomere durch Vergleich der Integrale im 1H-NMR-Spektrum ermittelt.

149


6.13.2 Polymerisation von (R)-DMHIC 15

N

OH

CNn

p15

Exp.-Nr.: DS 147


(frisch dest.) in 5 ml THF vorgelegt und bei -95°C mit 0.374 ml (0.0577 mmol, 0.02 äq

bezüglich des Isocyanat-Monomeren) Lithium-Piperidid-Lösung (0.154 mmol/ml) der

Initiator-Lösung versetzt. Nach 2 h wird mit 0.1 ml Acetanhydrid versetzt und die

Lösung über Nacht auf Raumtemperatur erwärmt. Das Polymer wird aus 50 ml MeOH

gefällt, in THF gelöst und aus MeOH umgefällt. Es resultieren 0.314 g (64%) eines

weissen Festkörpers. Die NMR-Spektren entsprechen denen des poly-((R)DMHIC), das

mit NaCN polymerisiert wird (DS 105).

GPC: Mn = 16434, PDI = 3.28, DP = 97.


= -497.38 (c = 0.0764 in CHCl25578][α 3).

= -570.68 (c = 0.0764 in CHCl25546][α 3).

= -1040.58 (c = 0.0764 in CHCl25436][α 3).

[ = -1802.36 (c = 0.0764 in CHCl25365]α 3).

150


6.13.3 Copolymerisationsversuch von PhIC 39 und (R)-DMHIC 15

Exp.-Nr.: DS 116


und 0.491 g (4.12 mmol, 1.12 äq) Phenylisocyanat 39 (frisch dest. über CaH2 im

Vakuum) in 10 ml THF (abs.) bei –95°C durch Zugabe von 0.99 ml (0.156 mmol,

0.02 äq bezüglich der Gesamtmenge der Isocyanat-Monomere) Lithium-Piperidid-

Lösung (0.166 mmol/ml) polymerisiert. Es bildet sich schnell ein weisser, voluminöser

Niederschlag. Nach 30 Min. wird in der Kälte mit 0.160 g (1.56 mmol, 10 äq bezüglich

des Initiators) Acetanhydrid versetzt und über Nacht auf RT erwärmt. Dann gibt man

0.2 ml MeOH dazu, rührt noch 30 Min. und gießt in 50 ml MeOH. Nach Zentrifugation

erhält man 0.468 g (42%) eines weissen, pulvrigen Niederschlages.

Der Niederschlag ist unlöslich in CH2Cl2, CHCl3, THF, MeOH, DMSO, Toluol, Xylol,

o-Dichlorbenzol und TFA, er löst sich lediglich in konz. H2SO4.

Zu einer Suspension von 0.030 g des Feststoffes in 2 ml THF und 1 ml MeOH gibt man

eine Spatelspitze NaOMe. Nach einer Stunde ist der weisse Festkörper weitgehend

gelöst, man rührt noch weitere 18 h über Nacht. Es wird 1 Tropfen Wasser zugesetzt

und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Der Niederschlag löst sich nur

teilweise in CDCl3. Daher wird eine weiter Probe des Polymers in D2SO4 gelöst. Im 1H-

NMR-Spektrum sind keine Signale der Alkylkette von (R)-DMHIC erkennbar.

1H-NMR (D2SO4, 300 MHz, 300 K): δ = 7.832-8.283 (m, H5) ppm.

151


6.13.4 Polymerisation von 3MeOPIC 40

N

O

O

Init.

O

m

p40

Exp.-Nr.: DS 183 (Abbruch mit Ac2O)

Gemäß AAV 3 werden 0.412 g (2.88 mmol) 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40

in 5 ml THF (abs.) bei –95°C durch Zugabe von 0.356 ml (0.0522 mmol, 0.02 äq

bezüglich des Isocyanat-Monomeren) Lithium-Piperidid-Lösung (0.166 mmol/ml)

polymerisiert. Nach 30 Min. wird in der Kälte mit 0.095 g Acetanhydrid abgebrochen

und nach 10 Min. mit 1 ml MeOH versetzt. Nach Fällen aus 50 ml MeOH und Umfällen

aus THF/MeOH erhält man 0.259 g (63%) des farblosen Pulvers.

7 6 5 4 3 2 1 PPM

NO

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 1.256-1.737 (m, CH2, Initiator), 2.329 (s, br,

Acetyl-Endcapping), 3.441 (s, br, CH3), 5.637-6.136 (m, Ar-H), 6.412-6.807 (m, Ar-H)

ppm.

152


GPC: Mn = 6665, PDI = 1.56, DP = 45.

Vergleich mit der Initiator-Gruppe: DP = 62.

Vergleich mit Acetyl-Endcapping: DP = 120

Exp.-Nr.: DS 218 (Abbruch mit HCl/MeOH)

Gemäß AAV 3 werden 0.463 g (3.10 mmol) 3-Methoxy-phenylisocyanat (3MeOPIC) 40

in 5 ml THF (abs.) bei –95°C durch Zugabe von 0.400 ml (0.0620 mmol, 0.02 äq

bezüglich des Isocyanat-Monomers) Lithium-Piperidid-Lösung (0.155 mmol/ml)

polymerisiert. Nach 45 Min. wird in der Kälte mit 0.1 ml konz. HCl (20 äq bzql.

Initiator) in 1.2 ml MeOH zugesetzt und nach einer Stunde aus 50 ml MeOH gefällt.

Nach Umfällen aus THF/MeOH erhält man 0.428 g (92%) des farblosen Pulvers.

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 1.111-1.710 (m, CH2, Initiator), 3.452 (s, br,

CH3), 5.605-6.260 (m, Ar-H), 6.355-6.842 (m, Ar-H) ppm.

ESI-MS (CHCl3/MeOH, Polarität: positiv, Spannung Kapillar-Ausgang: 119.9 V): m/z

(%): 917.4 (100, Hexamer, [M+Na]+), 471.2 (44, Trimer, [M+Na]+).

153


ESI-MS (CHCl3/MeOH, Polarität: positiv, Spannung Kapillar-Ausgang: 215.0 V): m/z

(%):1364.7 (100, Nonamer, [M+Na]+), 917.4 (89, Hexamer, [M+Na]+).

GPC: Mn = 7227, PDI = 1.60, DP = 48.


6.13.5 Abspaltungsversuch der Methyl-Schutzgruppe von poly-(3MeOPIC) p40

BBr3

CH2Cl2

N

O

O

Init.

O

mN

OH

O

Init.

O

m

Exp.-Nr.: DS 217

In Anlehnung an die Literaturvorschrift[121] werden 0.040 g (0.268 mmol, 1 äq (OMe-

Gruppen) poly-(3MeOPIC) in 1.5 ml CH2Cl2 (abs.) unter Ar im Eisbad vorgelegt und

mit 0.536 ml (0.536 mmol, 2 äq) einer 1 molaren Lösung von BBr3 in CH2Cl2 versetzt.

Es bildet sich eine Braunfärbung und ein Niederschlag fällt aus. Das Eisbad wird

entfernt und die Mischung 30 Min. bei RT gerührt, dabei fällt noch weiterer brauner

Niederschlag aus und bleibt an der Glaswand haften. Nach Neutralisation mit NaHCO3-

Lsg. (ges.) wird die organische Phase vom Lösungsmittel befreit, dabei fallen 10 mg

(28%) braun-weisser Festkörper an. Das 1H-NMR-Spektrum zeigt die Zersetzung des

Polymers an.

6.13.6 Polymerisationsversuch von 3TMSOPIC 90

Li-Piperidid

THF, -95°C

N

OTMS

C O

Exp.-Nr.: DS 146, 154, 184, 219

154


Analog AAV 3 werden 0.753 g (3.63 mmol) 3TMSOPIC 90 in 5 ml THF (abs.)

vorgelegt und bei –95°C durch Zugabe von 0.47 ml (0.0726 mmol, 0.02 äq) Lithium-

Piperidid-Lösung (0.166 mmol/ml) polymerisiert. Nach 2 h wird mit 0.095 g

(0.930 mmol, 13 äq bezüglich des Initiators) Acetanhydrid abgebrochen und über Nacht

auf RT erwärmt Anschließend gibt man noch 0.1 ml MeOH hinzu. Tests zeigen, dass

aus MeOH bzw. CHCl3 keine Fällung möglich ist, daher wird aus 50 ml PE umgefällt.

Es ergibt sich 0.540 g (72%) eines glasartigen Festkörpers. Im NMR-Spektum ist neben

dem Polymer hauptsächlich Trimer zu finden, die TMS-Gruppen sind zu 75% ab-

gespalten.

Der Abbruch der Polymerisation mit HCl in MeOH in einem analogen Versuch (DS

219) resultiert ebenfalls in der Abspaltung der TMS-Gruppen.

Polymer

Trimer

HOD

MeOD

THFTHF

OTMS

1H-NMR (MeOD-d4, 300 MHz, 300 K): δ = 0.083 (s, OTMS), 5.554-6.840 (m, Ar-H,

höhermolekulare Substanzen und Trimer), 6.779 (t, Ar-H, Trimer), 7.190 (t, Ar-H,

Trimer) ppm. J = 7.8 Hz

155


6.13.7 Polymerisationsversuch von 3TMSOPIC 90 mit Natriumcyanid als Initiator

DMF, -65°C

N

OTMS

C ONaCN

Exp.-Nr.: DS 137

Entsprechend AAV 1 wird die Polymerisation von 0.930 g (4.49 mmol, 1 äq)

3TMSOPIC 90 (frisch dest.) in 6 ml DMF (abs.) bei –65°C mit 0.330 ml NaCN in DMF

(0.0449 mmol, 0.01 äq) initiiert. Es zeigt sich keine Veränderung der Viskosität, daher

wird nach 30 Min. noch sukzessive 1.6 ml der Initiator-Lösung nachgegeben. Nach

1.5 h werden noch 0.3 g (1.56 mmol) (R)-DMHIC zugesetzt, es ergibt sich weiterhin

keine Veränderung. Nach Zugabe von 1 ml MeOH wird in 50 ml MeOH gegossen, es

resultiert kein Niederschlag. Das Lösungsmittel der orangefarbenen Lösung wird am

Rotationsverdampfer entfernt, vom Rückstand wird ein 1H-NMR-Spektrum in

d4-MeOD aufgenommen. Dabei ist zu erkennen, dass sich kein Polymer bildet und die

TMS-Gruppen von dem gefundenen Trimer und Methanolyseprodukt des Monomeren

abgespalten sind.

6.13.8 Polymerisationsversuch von 3BnOPIC 93

Exp.-Nr.: DS 243, 252, 271

Gemäß AAV 3 werden 0.446 g (0.198 mmol, 1 äq) 3BnOPIC 93 in 4 ml THF (abs.)

vorgelegt und bei –90°C (unlösl. bei –95°C) mit 0.300 ml (0.0396 mmol, 0.02 äq

bezüglich der Gesamtmenge an Isocyanat-Monomeren) Lithium-Piperidid-Lösung

(0.129 mmol/ml) versetzt. Es ergibt sich innerhalb von 3 h keine Veränderung, daher

wird die Mischung 16 h bei –78°C gerührt. Auch nach weiterer Zugabe von 0.3 ml

Initiator-Lösung resultiert keine erhöhte Viskosität. Die Mischung gießt man in MeOH,

dabei fällt kein Polymer aus. Eine NMR-Analyse des Rückstandes nach Entfernen des

Lösungsmittel am Rotationsverdampfer ergibt nur Trimer und Methanolyseprodukt des

Monomeren.

156


6.13.9 Polymerisation von 3BnOPIC 93 mit Natriumcyanid als Initiator

N

O

OH

Init.m

p93

Exp.-Nr.: DS 256

Entsprechend AAV 1 werden 0.520 g (2.31 mmol, 1 äq) 3BnOPIC 93 (frisch dest.) in

1.9 ml DMF (abs.) und 1.5 ml Toluol (abs.) bei –50°C mit 0.16 ml NaCN in DMF

initiiert. Es zeigt sich keine Veränderung der Viskosität, daher wird nach 30 Min. noch

sukzessive 1.6 ml der Initiator-Lösung nachgegeben. Nach einer Stunde bricht man

durch Zugabe von 1 ml MeOH zu der trüben Mischung die Reaktion ab. Nach Fällung

aus 50 ml MeOH und Umfällen aus THF/MeOH erhält man 0.052 g (10%) eines

weissen Festkörpers. Die NMR-Analyse ergibt das Vorliegen des Polymers neben dem

Trimer (25%).

8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 4.282-4.879 (m, CH2), 5.048-5.079 (m, CH2,

niedermol. Nebenprodukt), (s, br, CH3), 5.770-6.160 (m, Ar-H), 6.385-6.726 (m, Ar-H),

6.974-6.489 (m, Ar-H) ppm.

157


GPC: Mn = 29672, PDI = 1.63, DP = 132.

6.13.10 Versuch der Abspaltung der Benzyl-Schutzgruppe von poly-(3BnOPIC) p93

H2-Pd/C N

OH

O

Init.

O

mN

O

O

Init.

O

m

THF

Exp.-Nr.: DS 259

In einem 10 ml Einhalskolben werden 0.052 g poly-(3BnOPIC) p93 und eine Spatel-

spitze Palladium in 2 ml THF vorgelegt, 2 mal evakuiert und mit Ar geflutet. Anschlie-

ßend wird 2 mal evakuiert und jeweils über einen Ballon unter eine H2-Atmosphäre

gesetzt.

Die Mischung wird für 16 h gerührt, über Celite filtriert und NMR-spektroskopisch

analysiert. Da kein Umsatz zu erkennen ist, wird die beschriebene Vorgehensweise mit

Pd/C (10%) wiederholt. Nach weiteren 20 h ist im NMR-Spektrum zu erkennen, dass

die Benzyl-Gruppen des Trimeren (δ = 5.08 ppm) abgepalten sind, bei den benzylischen

Gruppen des Polymeren ist keine (δ = 4.3 - 4.8 ppm) Veränderung erkennbar.

158


6.13.11 Polymerisation von 3MOMOPIC 100

N

O

O

Init.

O

m

O

p100 Exp.-Nr.: DS 268, 310

Gemäß AAV 3 werden 0.396 g (2.21 mmol, 1 äq) 3MOMOPIC 100 in 3 ml THF (abs.)

vorgelegt und bei –95°C durch Zugabe von 0.300 ml (0.0442 mmol, 0.02 äq) Lithium-

Piperidid-Lösung (0.151 mmol/ml) polymerisiert.[183] Nach wenigen Sekunden bildet

sich ein weisser Niederschlag und die Lösung wird etwas viskoser. Nach 35 Min. gibt

man 1 ml (0.1 mmol, 23 äq bezüglich des Initiators) 0.1 N HCl in MeOH dazu,

woraufhin sich der Niederschlag wieder auflöst. Die Lösung wird nach weiteren

15 Min. in 50 ml MeOH gegossen und aus THF/MeOH umgefällt. Das Polymer fällt als

0.335 g (85%) weisses Pulver an.

8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 1.111-1.710 (CH2, Initiator), 3.087-3.493 (O-

CH3), 4.590-5.053 (O-CH2-O), 5.733-6.305 (m, Ar-H), 6.347-6.839 (m, Ar-H), 6.995-

7.443 (m, niedermol. Bestandteile) ppm.

159


160 140 120 100 80 60 40 20 ppm 13C-NMR (CDCl3, 75 MHz, 300 K): δ = 55.77 (O-CH3), 94.39 (O-CH2-O), 113.15 (C-

H, aromat.), 115.47 (C-H, aromat.), 119.00 (C-H, aromat.), 128.81 (C-H, aromat.),

136.83 (Cquart.), 153.69 (Cquart., Amid), 157.36 (Cquart.) ppm.

IR (KBr): ν = 3072.5 (CH Aromat), 2956.8 (CH), 2898.6 (CH), 1749.0 (C=O), 1604.3

und 1489.8 (1,3-disubst. Aromat), 1290.6, 1189.5 (COC), 1081.3, 1006.9, 985.9, 743.7

und 688.3 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

GPC: Mn = 8486, PDI = 1.41, DP = 47.

NMR-Vergleich mit Initiator-Gruppe: DP = 53.

160


6.13.12 Basischer Abbau von poly-(3MOMOPIC) p100 zum Trimeren

N

N

N

O

OOR

R R78

2

1

34

O5

O9

6R =

102

Exp.-Nr.: DS 326

Eine Lösung von 0.073 g poly-(3MOMOPIC) wird gelöst in 2 ml THF. Nach Zugabe

von 4 ml MeOH bildet sich ein weisser Niederschlag, anschließend wird eine Spatel-

spitze Natriummethanolat zugefügt und 16 h bei RT gerührt. Zu der vollständig

geklärten Lösung wird 1 Tropfen Wasser zugefügt und anschließend das Lösungsmittel

am Rotationsverdampfer abgezogen. Der Rückstand wird NMR-spektroskopisch

untersucht.

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 3.449 (s, 9-H3), 5.165 (s, 8-H2), 7.023 (m, 6-

H), 7.066-7.127 (m, 2-H, 4-H), 7.370 (t, 5-H) ppm.

J5,4+6 = 7.9 Hz.

13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 56.24 (9-C), 94.70 (8-C), 116.56, 117.55 (2-

C, 4-C), 121.88 (6-C), 129.89 (5-C), 134.52 (1-C), 148.56 (7-C), 159.61 (3-C) ppm.

FD-MS : m/z (%): 537 (47, [M]+), 332 (100, [C6H7NO]+).

161


6.13.13 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC) p100 zu poly-(3HOPIC) p86

N

OH

O

Init.

O

m

p86

Exp.-Nr.: DS 270, 277, 282, 332, 364

Gemäß AAV 2 ergeben 0.100 g (0.279 mmol OMOM-Gruppen) poly-(3MOMOPIC)

p100 und 0.4 g TFA/H2O in 5 ml CH2Cl2 0.080 g (quant.) eines glasartigen Feststoffes.

Der Festkörper ist löslich in DMSO, MeOH und THF und unlöslich in CHCl3, CH2Cl2

und Toluol.

H O2

HOD

1)

2)

162


1) 1H-NMR (THF-d8, 300 MHz, 300 K): δ = 0.999-1.296 (CH2, Initiator), 5.383-6.869

(m, Ar-H), 8.068-8.615 (OH) ppm.

2) 1H-NMR (THF-d8 + 1 Tropfen D2O, 300 MHz, 300 K): δ = 1.006-1.263 (CH2,

Initiator), 5.387-6.940 (m, Ar-H) ppm.

IR (KBr): ν = 3427.3 (OH), 1756.0 (C=O), 1597.9 und 1486.8 (1,3-disubst. Aromat),

1206.3, 1180.7 (COC), 744.4 und 687.7 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

Trimer + Na+

Hexamer + Na+

Nonamer + Na+

ESI-MS (MeOH, Polarität: positiv, Spannung Kapillar-Ausgang: 84.4 V): m/z (%):

1238.3 (35, Nonamer, [M+Na]+), 833.3 (100, Hexamer, [M+Na]+), 428.2 (23, Trimer,

[M+Na]+).

ESI-MS (CHCl3,/MeOH, Polarität: negativ, Spannung Kapillar-Ausgang: 72.8 V):

m/z (%):809.2 (43, Hexamer, [M]+), 518.1 (42), 404.2 (100, Trimer, [M]+).

163


GPC: Mn = 4702, PDI = 1.41, DP = 35.

6.13.14 Copolymerisationsversuch von 3MOMOPIC 100 und (R)-DMHIC 15

Exp.-Nr. DS 280

Analog AAV 3 werden 0.232 g (1.37 mmol) (R)-DMHIC 15 und 0.491 g (2.74 mmol)

3MOMOPIC 100 in 8 ml THF (abs.) vorgelegt und bei –95°C durch Zugabe von

0.428 ml (0.0822 mmol, 0.02 äq bezüglich der Gesamtmenge an Isocyanat-Monomeren)

Lithium-Piperidid-Lösung (0.192 mmol/ml) polymerisiert. Nach ca. 1 Min. bildet sich

ein weisser Niederschlag und die Lösung wird etwas viskoser. Nach einer Stunde gibt

man 0.084 g (0.822 mmol, 10 äq bezüglich des Initiators) Acetanhydrid hinzu und rührt

für 16 h bei -78°C. Anschließend wird noch 1 ml MeOH hinzugefügt nach 30 Min. in

50 ml MeOH gegossen. Nach Umfällen des Niederschlages aus THF/MeOH erhält man

0.374 g (52%) weisses Pulver.

Die NMR-spektroskopische Analyse zeigt anhand der Abwesenheit von Signalen der

Alkylkette (R)-DMHIC), dass lediglich poly-(3MOMOPIC) entsteht und kein

(R)-DMHIC in das Polymer eingebaut wird.

GPC: Mn = 9700, PDI = 1.32, DP = 54.


Vergleich mit Acetyl-Endcapping: DP = 100.

[(R)-DMHIC]:[3MOMOPIC] ber.: 33 : 67

gef.: 0 : 100

164


6.13.15 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (S)-3PEAPIC 48

N

O

Init.

O

mN

O

O

O

n

HN

O

Ph p(100-co-48)

Exp.-Nr.: DS 320

Gemäß AAV 3 werden 0.238 g (1.09 mmol) (S)-3PEAPIC 48 und 0.723 g (2.92 mmol)



Lithium-Piperidid-Lösung (0.0969 mmol/ml) polymerisiert. Nach einer Stunde wird mit

0.082 g (0.802 mmol, 10 äq bezüglich des Initiators) Acetanhydrid abgebrochen und

16 h bei -78°C belassen. Anschließend gibt man noch 1 ml MeOH zu und gießt nach

30 Min. in 50 ml MeOH. Nach Umfällen aus THF/MeOH erhält man 0.324 g (40%)

weisses Pulver.

165


8 7 6 5 4 3 2 1 PPM

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 1.190-1.779 (s, br, CH3-CH), 2.987-3.528 (s,

br, CH3-O), 4.445-5.334 (m, O-CH2-O, CH3-CH), 5.614-7.710 (m, Ar-H) ppm.

GPC: Mn = 8010, PDI = 1.22, DP = 40.

[(S)-3PEAPIC]:[3MOMOPIC] ber.: 27 : 73

gef.: 28 : 72


= -524.75 (c = 0.99 in THF). 25578][α

= -609.39 (c = 0.99 in THF). 25546][α

= -1176.46 (c = 0.99 in THF). 25436][α

[ = -2242.42 (c = 0.99 in THF). 25365]α


166


IR (KBr): ν = 3407.6 (NH), 2960.0 (CH), 1755.4 (C=O), 1604.3, 1529.5 (C=O,

Amid), 1488.8 (1,3-disubst. Aromat), 1184.4 (COC), 1080.7, 1007.1, 984.7, 745.0 und

688.8 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

6.13.16 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(100-co-48) zu poly-(3HOPIC-co-(S)-3PEAPIC) p(86-co-48)

N

O

Init.

O

mN

HO

O

n

HN

O

Ph p(86-co-48)

Exp.-Nr.: DS 325

Gemäß AAV 2 ergeben 0.066 g (0.279 mmol OMOM-Gruppen) poly-(3MOMOPIC-co-

(S)-3PEAPIC) und 0.3 g TFA/H2O in 2 ml CH2Cl2 0.060 g (quant.) eines gelblichen

Feststoffes. Der Niederschlag ist löslich in Aceton und THF und unlöslich in CHCl3,

CH2Cl2, Toluol, Nitrobenzol und Nitromethan.

167


9 8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (THF- d8, 300 MHz, 300 K): δ = 1.233-1.683 (s, br, CH3-CH), 2.987-3.528 (s,

br, CH3-O), 4.359-4.916 (CH3-CH), 5.483-7.700 (m, Ar-H), 8.101-8.697 (s, br, OH)

ppm.

GPC: Mn = 4927, PDI = 1.35, DP = 29.


= -426.90 (c = 0.985 in THF). 25578][α

= -495.03 (c = 0.985 in THF). 25546][α

= -957.66 (c = 0.985 in THF). 25436][α

[ = -1837.06 (c = 0.985 in THF). 25365]α


168


6.13.17 Polymerisation von (R)-3BOPIC 49

N

O

O

Init.m

p49

Exp.-Nr.: DS 339

Gemäß AAV 3 werden 0.283 g (1.48 mmol, 1 äq) (R)-3BOPIC 49 in 3 ml THF (abs.) bei

–95°C durch Zugabe von 0.230 ml (0.0296 mmol, 0.02 äq) Lithium-Piperidid-Lösung

(0.129 mmol/ml) polymerisiert. Nach 3.5 h wird in der Kälte mit 0.049 g (0.298 mmol,

10 äq bezüglich des Initiators) Methyltriflat (MeOTf) abgebrochen und 16 h bei –78°C

gerührt. Es wird 1 ml MeOH zugesetzt und nach weiteren 30 Min. aus 50 ml MeOH

gefällt. Nach Umfällen aus THF/MeOH erhält man 0.085 g (30%) eines weissen

Festkörpers.

7 6 5 4 3 2 1 0 -1 PPM

N-CH3

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.666-1.673 (m, CH3, CH2), 3.200 (s, br, CH3-

Endcapping), 3.548-3.929 (m, CH3-CH), 5.512-6.069 (m, Ar-H), 6.205-6.811 (m, Ar-H)

ppm.

169


GPC: Mn = 14381, PDI = 1.15, DP = 75.

Vergleich mit Acetyl-Endcapping: DP = 86


= -674.77 (c = 0.555 in THF). 25578][α

= -783.78 (c = 0.555 in THF). 25546][α

= -1534.05 (c = 0.555 in THF). 25436][α

[ = -3024.14 (c = 0.555 in THF). 25365]α

Literatur[90]:

= -648 (c = n.a. in THF). 25][ Dα

[ = -3129 (c = n.a. in THF). 25365]α


6.13.18 Copolymerisation von 3MOMOPIC 100 und (R)-3BOPIC 49

N

O

O

Init.

O

mN

O

O

O

n

p(100-co-49)

# 1 (DS 345): Eingesetztes Verhältnis (R)-3BOPIC zu 3MOMOPIC 14 / 86

Analog AAV 3 werden 0.128 g (0.669 mmol) (R)-3BOPIC 49 und 0.717 g (4.00 mmol)





170


16 h bei -78°C belassen. Anschließend gibt man noch 1 ml MeOH zu und gießt nach 30

Min. in 50 ml MeOH. Nach Umfällen aus THF/MeOH erhält man 0.605 g (72%)

weisses Pulver.

Die Analytik wird exemplarisch nur für Ansatz #3 detailliert angegeben, prinzipiell

gleichen sich die jeweiligen Spektren (außer den relativen Intensitäten).

GPC: Mn = 10822, PDI = 1.41, DP = 60.

[(R)-3BOPIC]:[3MOMOPIC] ber.: 14 : 86

gef.: 11 : 89


= -214.71 (c = 1.02 in THF). 25578][α

= -249.02 (c = 1.02 in THF). 25546][α

= -484.51 (c = 1.02 in THF). 25436][α

[ = -939.71 (c = 1.02 in THF). 25365]α







0.070 g (0.613 mmol, 20 äq bezüglich des Initiators) Acetylchlorid abgebrochen und



weisses Pulver.

GPC: Mn = 12772, PDI = 1.38, DP = 70.

171



gef.: 22 : 78


= -326.01 (c = 0.915 in THF). 25578][α

= -378.58 (c = 0.915 in THF). 25546][α

= -737.27 (c = 0.915 in THF). 25436][α

[ = -1433.01 (c = 0.915 in THF). 25365]α

Molare Elliptizität: θ = -14115 mdeg m2 mol-1 bei 269 nm (c = 0.0736mg/ml in THF).









weisses Pulver.

172


9 8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.684-1.642 (m, CH3, CH2), 2.334 (s, br, CH3-

Endcapping), 3.075- 3.461 (s, br, CH3-O), 3.590-3.896 (m, CH3-CH), 4.507-5.022 (O-

CH2-O), 5.562-6.254 (m, Ar-H), 6.262-6.849 (m, Ar-H) ppm.

160 140 120 100 80 60 40 20 PPM 13C-NMR (CDCl3, 125 MHz, 300 K): δ = 9.85 (CH3), 19.15 (CH3), 29.21 (CH2), 55.88

(O-CH3), 75.01 (C-H), 94.44 (O-CH2-O), 113.01 (C-H, aromat.), 115.69 (C-H, aromat.),

173


118.72 (C-H, aromat.), 128.91 (C-H, aromat.), 136.91 (C-H, aromat.), 153.80 (Cquart.),

157.44 (Cquart.), 158.42 (Cquart.) ppm.

IR (KBr): ν = 2926.0 (CH), 2862.3 (CH), 1747.8 (C=O), 1604.3 und 1489.9 (1,3-

disubst. Aromat), 1291.8, 1184.2 (COC), 1081.8, 1006.4, 986.8, 743.8 und 687.9 (1,3-

disubst. Aromat) cm-1.

GPC: Mn = 13969, PDI = 1.35, DP = 77.

Vergleich der Acetyl-Gruppe (3H) mit den Aromaten-Signalen (4H) ergibt eine mittlere

Kettenlänge von ca. 83.


gef.: 25 : 75


= -450.10 (c = 1.02 in THF). 25578][α

= -522.94 (c = 1.02 in THF). 25546][α

= -1018.92 (c = 1.02 in THF). 25436][α

[ = -1980.59 (c = 1.02 in THF). 25365]α










weisses Pulver.

174


GPC: Mn = 11022, PDI = 1.32, DP = 60.


gef.: 33 : 67


= -463.48 (c = 1.01 in THF). 25578][α

= -538.91 (c = 1.01 in THF). 25546][α

= -1050.75 (c = 1.01 in THF). 25436][α

[ = -2046.27 (c = 1.01 in THF). 25365]α


6.13.19 Basischer Abbau von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) zu Trimeren

O

N

N

N

O

OOR

R RO OR =

R =

bzw.

Exp.-Nr.: DS 327

Eine Lösung von 0.073 g poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) (DS321, 25 mol%

(R)-3BOPIC) wird gelöst in 2 ml THF. Nach Zugabe von 4 ml MeOH bildet sich ein

weisser Niederschlag, anschließend wird eine Spatelspitze Natriummethanolat zugefügt

und 16 h bei RT gerührt. Zu der vollständig geklärten Lösung wird 1 Tropfen Wasser

zugefügt und anschließend das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer abgezogen.

175


Der Rückstand wird NMR-spektroskopisch untersucht. Eine Zuordung der Signale zu

gemischten bzw. einheitlichen Trimeren ist aufgrund der geringen Verschiebungs-

differenzen nicht möglich. Das Einbauverhältniss der Bausteine kann mittels Integration

der Methoxy-Signale und der sec-Butoxy-Gruppe im 1H-NMR-Spektrum zu 25 mol%

(R)-3BOPIC bestimmt werden.

1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.085-1.000 (m), 1.205-1.294 (m), 1.517-

1.776 (m), 3.393-3.485 (m, OCH3), 3.751 (S), 4.206-4.334 (m, O-CH2-O), 5.072-5.170

(m), 6.531-7.249 (m, Aromat), 7.332-7.412 (m, Aromat) ppm.

J5,4+6 = 7.9 Hz.

FD-MS : m/z (relative % der Molpeaks):

537 (35.7 [M]+), R: 3 mal Acetal),

549 (43.4 [M]+), R: 2 mal Acetal, 1 mal Ether),

561 (15.4 [M]+), R: 1 mal Acetal, 3 mal Ether),

573 (5.6 [M]+), R: 3 mal Ether).

Theoretische Verhältnisse: berechnet für ein Trimer aus Polmer mit 25% Anteil Ether-

Bausteine

537 (42 [M]+), R: 3 mal Acetal),

549 (42 [M]+), R: 2 mal Acetal, 1 mal Ether),

561 (14 [M]+), R: 1 mal Acetal, 2 mal Ether),

573 (1.5 [M]+), R: 3 mal Ether).


= -3.20 (c = 1.00 in THF). 25578][α

= -3.60 (c = 1.00 in THF). 25546][α

= -5.80 (c = 1.00 in THF). 25436][α

[ = -9.60 (c = 1.00 in THF). 25365]α

176


6.13.20 Ermittlung der Basen-Stabilität der Polyarylisocyanate

#1 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) ohne Endcapping gegen Et3N

Anm.: Alle Versuchsbeschreibung finden sich unter Exp.-Nr.: DS 280

Zu einer Probe von 0.010 g poly-(3MOMOPIC) ohne Endcapping in 0.7 ml CDCl3

werden ca. 10 µl Et3N gegeben. Der Grad des Abbaus wird anhand der Integrale der

Methylen-Gruppe im 1H-NMR (Polymer: δ = 4.6-5.1 ppm, Trimer: δ = 5.3 ppm)

Spektrum ermittelt. Nach 16 h ist das Polymer laut NMR-Analyse zu 55% und nach 3 d

vollständig zum Trimeren abgebaut.

#2 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) mit Acetyl-Endcapping gegen Et3N

Zu einer Probe von 0.010 g poly-(3MOMOPIC) mit Acetyl-Endcapping in 0.7 ml

CDCl3 werden ca. 10 µl Et3N gegeben. Nach 3 d ist das Polymer laut NMR-Analyse zu

30% zum Trimeren abgebaut. Innerhalb weiterer 9 d findet kein zusätzlicher Abbau des

Polymers mehr statt. Es werden weiterhin 5 mg 1,8-Bis(dimethylamino)-naphthalin

(Protonenschwamm) zugesetzt, nach weiteren 3 d im NMR-Spektrum kein Fort-

schreiten des Umsatzes über 30% hinaus.

#3 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) mit Acetyl-Endcapping gegen Pyrrolidin


CDCl3 werden ca. 10 µl Pyrrolidin gegeben. Nach 16 h ist das Polymer laut NMR-

Analyse vollständig zum Trimeren abgebaut.

#4 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) ohne Endcapping gegen Dicyclohexylamin

Zu einer Probe von 0.010 g poly-(3MOMOPIC) ohne Endcapping in 0.7 ml CDCl3

werden ca. 10 µl Dicyclohexylamin gegeben. Nach 16 h ist das Polymer laut NMR-


177


#5 Stabilität von poly-(3MOMOPIC) mit Acetyl-Endcapping gegen Dicyclo-

hexylamin


CDCl3 werden ca. 10 µl Dicyclohexylamin gegeben. Der Abbau zum Trimeren verläuft

erheblich langsamer und ist erst nach 28 Tagen vollständig.

#6 Stabilität von poly-((R)-3BOPIC) mit Methyl-Endcapping gegen Pyrrolidin

Zu einer Probe von 0.010 g poly-((R)-3BOPIC) mit Methyl-Endcapping in 0.7 ml

CDCl3 werden ca. 10 µl Pyrrolidin gegeben. Nach 16 h ist das Polymer laut NMR-


6.13.21 Abspaltung der MOM-Schutzgruppe von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) zu poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49)

N

O

O

Init.

O

mN

HO

O

n

p(86-co-49)

# 1 (DS 347): Verhältnis (R)-3BOPIC zu 3MOMOPIC 11 / 89


(R)-3BOPIC) und 0.3 g TFA/H2O in 2 ml CH2Cl2 nach Umfällen aus THF/Et2O 0.098 g

(quant.) eines weissen Feststoffes. Das Polymer ist löslich in THF, MeOH, Aceton,

DMSO und Acetonitril; es ist unlöslich in Et2O, CHCl3, CH2Cl2, Chlorbenzol, Toluol,

Nitrobenzol und Nitromethan.

GPC: Mn = 11141, PDI = 1.79, DP = 79.


178


= -331.29 (c = 0.735 in THF). 25578][α

= -384.49 (c = 0.735 in THF). 25546][α

= -751.70 (c = 0.735 in THF). 25436][α

[ = -1470.34 (c = 0.735 in THF). 25365]α


# 2 (DS 379): Verhältnis (R)-3BOPIC zu 3MOMOPIC 21.5 / 78.5



(quant.) eines weissen Feststoffes.

GPC: Mn = 12017, PDI = 1.86, DP = 82.


= -452.41 (c = 1.08 in THF). 25578][α

= -525.09 (c = 1.08 in THF). 25546][α

= -1024.54 (c = 1.08 in THF). 25436][α

[ = -2003.15 (c = 1.08 in THF). 25365]α





(89%) eines weissen Feststoffes.

179


9 8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz, 300 K): δ = 0.683-1.593 (m, CH3, CH2), 2.300 (s, br, CH3-

Endcapping), 3.670-3.973 (m, CH3-CH), 5.320-6.922 (m, Ar-H), 8.307(s, br, OH) ppm.

160 140 120 100 80 60 40 20 PPM 13C-NMR (CDCl3, 75 MHz, 300 K): δ = 10.19 (CH3), 19.80 (CH3), 30.10 (CH2), 75.71

(C-H), 113.04 (C-H, aromat.), 114.97 (C-H, aromat.), 117.52 (C-H, aromat.), 129.46

(C-H, aromat.), 154.96 (Cquart.), 158.78 (Cquart.), 159.40 (Cquart.) ppm.

180


IR (KBr): ν = 3466.2 (OH), 2969.8 (CH), 2869.6 (CH), 1756.0 (C=O), 1597.3 und

1489.1 (1,3-disubst. Aromat), 1317.1, 1156.4 (COC), 999.9, 741.0 und 685.1 (1,3-

disubst. Aromat) cm-1.

GPC: Mn = 15037, PDI = 1.70, DP = 101.


= -584.77 (c = 0.985 in THF). 25578][α

= -678.98 (c = 0.985 in THF). 25546][α

= -1327.41 (c = 0.985 in THF). 25436][α

[ = -2599.39 (c = 0.985 in THF). 25365]α



Gemäß AAV 2 werden 0.100 g (0.366 mmol OMOM-Gruppen) poly-(3MOMOPIC-co-

(R)-3BOPIC) und 0.3 g TFA/H2O in 3 ml CH2Cl2 umgesetzt. Nach 16 h ist im Gegen-

satz zu den anderen Ansätzen (# 1-3), nur wenig weisser Niederschlag ausgefallen.

Nach Umfällen aus THF/Et2O und Trocknung im Vakuum ergeben sich 0.063 g (75%)

eines weissen Feststoffes.

GPC: Mn = 18966, PDI = 1.64, DP = 123.


= -607.53 (c = 0.850 THF). 25578][α

= -705.53 (c = 0.850 in THF). 25546][α

= -1379.65 (c = 0.850 in THF). 25436][α

[ = -2703.76 (c = 0.850 in THF). 25365]α

181



6.13.22 Versuche zur chiralen Induktion in Polyarylisocyanate

(+)-PMP 101 wurde von Timo Hoffart (AK Reggelin) zur Verfügung gestellt. Die End-

gruppen der Polymere sind jeweils mit Acetyl-Gruppen blockiert. Das Polymer wird in

der jeweils angegebenen Konzentration in THF vorgelegt, nach Zugabe des (+)-PMP

101 wird kurz geschüttelt und nach der angegebenen Zeit gemessen.

Chirale Induktion in poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) (25/75) mit (+)-

PMP

1) Zugabe von 0.4 äq (+)-PMP, dann + 0.6 äq (+)-PMP (DS 329)

Zu einer Lösung von 19.7 mg poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) in 2 ml THF werden

4 mg (0.4 äq bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP gegeben und der Drehwert gemes-

sen. Nach 180 Min. werden weitere 6 mg (0.6 äq bezüglich der OH-Gruppen) zugefügt.

Start: = -2599.39 (c = 0.985 in THF) (ohne (+)-PMP). 25365][α

3 min: = -3051.78 (c = 0.985 in THF). 25365][α

180 min: = -2065.99 (c = 0.985 in THF). 25365][α

184 min: = -2159.39 (c = 0.985 in THF). 25365][α

182


Tabelle 6.1 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) (25/75) nach Zugabe von (+)-PMP.

# t [min] 25365][α

1 0 2569,44

2 1 3051,78

3 3 3051,78

4 21 2937,46

5 93 2510,05

6 135 2287,31

7 180 2065,99

8 182 2159,39

9 204 1938,07

10 230 1700,51

11 256 1467,01

12 336 928,32

Molare Elliptizität ohne Zugabe von (+)-PMP:

θ = -18914 mdeg m2 mol-1 bei 270 nm (c = 0.0920 mg/ml in THF).

Molare Elliptizität nach Zugabe von (+)-PMP

(Zugabe von 1.8 mg (1 äq bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP, Messung nach 5 min):

θ = -18662 mdeg m2 mol-1 bei 270 nm (c = 0.0920 mg/ml in THF).

2) Vergleich mit 0.4 äq Pyrrolidin

Als Vergleichsversuch werden zu einer Lösung von 19.8 mg poly-(3HOPIC-co-(R)-

3BOPIC) in 2 ml THF 2 mg (0.4 äq bezüglich der OH-Gruppen) Pyrrolidin gegeben.

Nach 3 Min. wird der Drehwert gemessen.


3 min: = -2376.77 (c = 0.990 in THF). 25365][α

Chirale Induktion in poly-(3HOPIC) p86 mit (+)-PMP

1) Zugabe von 0.4 q (+)-PMP (c = 0.20) (DS282)

183


Zu einem einer Lösung von 10.0 mg poly-(3HOPIC) in 2 ml THF (c = 0.50) werden

4.6 mg (0.4 äq bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP gegeben, es fällt sofort ein weisser

Niederschlag aus. Nach Verdünnen auf 5 ml (c = 0.20) klärt sich die Lösung und der

Drehwert wird gemessen.

Tabelle 6.2 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC) nach Zugabe von 0.4 äq (+)-PMP.

# t [min] 25365][α

1 3,5 -602,5

2 11 -594

3 21 -590

4 100 -531

5 165 -483

6 409 -358,5

7 1363 -97

8 1818 -42,5

Molare Elliptizität ohne Zugabe von (+)-PMP:

θ = +196.29 mdeg m2 mol-1 bei 269 nm (c = 0.0684 mg/ml in THF).

Molare Elliptizität nach Zugabe von (+)-PMP

Zugabe von 1.8 mg (1 äq bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP, Messung nach 5 min):

θ = –2440.1 mdeg m2 mol-1 bei 269 nm (c = 0.0684 mg/ml in THF).

2) Zugabe von 1.03 äq (+)-PMP (DS332)

Zu einem einer Lösung von 11.5 mg poly-(3HOPIC) in 5 ml THF (c = 0.23) werden

13.5 mg (1.0 äq bezüglich der OH-Gruppen) (+)-PMP gegeben und der Drehwert wird

gemessen.

184


Tabelle 6.3 Spezifische Drehwerte von poly-(3HOPIC) nach Zugabe von 1.0 äq (+)-PMP.

# t [min] 25365][α

1 3 1369,57

2 8 1361,74

3 30 1297,83

4 75 1145,65

5 100 1032,61

6 155 896,96

7 190 815,22

8 1080 46,52

Versuch zur chiralen Induktion in poly-((R)-3BOPIC) p49 mit (+)-PMP

Zugabe von 1.0 äq (+)-PMP

Zu einem einer Lösung von 11.1 mg poly-((R)-3BOPIC) in 2 ml THF (c = 0.555)

werden 5.3 mg (1.0 äq bezüglich der Bausteine) (+)-PMP gegeben und der Drehwert

wird gemessen.


3 min: = -3013.15 (c = 0.555 in THF). 25365][α

1220 min: = -529.73 (c = 0.555 in THF). 25365][α

185


6.14 Komplexierungsversuche mit Polyarylisocyanaten

6.14.1 Komplexierung von poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(86-co-49) mit Ti(OiPr)4

N

OO

mN

O

O

n

OTi

O O

N

O

Init.o

O

p(112-co-49)·Ti(OiPr)2

Exp.-Nr.: DS 330 (in CH2Cl2)

Zu einer Suspension von 0.0112 g (0.056 mmol OH-Gruppen, 1 äq) poly-(3HOPIC-co-

(R)-3BOPIC) unter Ar in 2 ml CH2Cl2 (abs.) werden 0.28 ml (0.028 mmol, 0.5 äq) einer

0.1 molaren Lösung von Ti(OiPr) in CH Cl . Der Niederschlag wird leicht gelblich,

verändert sich aber nach 16 h bei RT nicht weiter. Durch Zugabe von 1 ml THF (abs.)

wird die gelbe Farbe langsam intensiver, der Niederschlag bleibt aber ungelöst.

4 2 2

Exp.-Nr.: DS 405 (in THF-d ) 8

Zu einer Lösung von 0.0117 g (0.0588 mmol OH-Gruppen, 1 äq) poly-(3HOPIC-co-

(R)-3BOPIC) unter Ar in 0.7 ml THF-d (abs.) werden mit einer Mikroliterspritze

0.0084 g (0.0088 ml, 0.0294 mmol, 0.5 äq) Ti(OiPr) gegeben. Es fällt sofort ein gelber,

gallertartiger Niederschlag aus, der sich auch nach Zugabe weiterer 0.0252 g

(0.0264 ml, 0.0882 mmol, 1.5 äq) Ti(OiPr) nicht auflöst.

8

4

4

Der Niederschlag wird leicht gelblich, verändert sich aber nach 16 h bei RT nicht

weiter. Durch Zugabe von 1 ml THF (abs.) wird die gelbe Farbe langsam intensiver, der

Niederschlag bleibt aber ungelöst.

186


6.14.2 Komplexierung von poly-(3MOMOPIC) p100 mit TiCl4·2THF

N

O

Init.

O

mN

O

O

n

OTi

Cl Cl p112·TiCl2

Exp.-Nr.: DS 390

Eine Lösung von 0.0590 g (0.329 mmol OH-Gruppen, 1 äq) poly-(3MOMOPIC) unter

Ar in 4 ml CH2Cl2 (abs.) wird bei 0°C vorgelegt und mit 1.65 ml (0.165 mmol, 0.5 äq)

einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF in CH2Cl2 versetzt. Die Lösung wird sofort

orangefarben und bleibt auch nach 10 Min. noch klar. Dann entfernt man das Eisbad,

bei Raumtemperatur fällt ein orangefarbener Niederschlag aus. Nach 90 Min. entfernt

man das Lösungsmittel im Vakuum. Der orangefarbene Niederschlag ist in CH2Cl2 und

THF unlöslich.

IR (KBr): ν = 3214.3, 1763.6 (C=O), 1596.8 und 1487.0 (1,3-disubst. Aromat),

1309.9, 1178.8 (COC), 740.5 und 686.0 (1,3-disubst. Aromat) cm-1.

6.14.3 Komplexierung von poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) p(100-co-49) mit TiCl4·2THF

N

OO

mN

O

O

n

OTi

Cl Cl

N

O

Init.o

O

p(112-co-49)·TiCl2

Exp.-Nr.: DS 341

187


Zu einer Lösung von 0.0160 g (0.066 mmol OMOM-Gruppen, 1 äq) poly-

(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) in einem 10 ml Schlenk-

kolben bei -20°C gibt man 0.33 ml (0.033 mmol, 0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von

TiCl4·2THF in CH2Cl2. Die Lösung wird sofort orangefarben und bleibt auch nach 16 h

klar. Dann entfernt man das Kältebad, ab 10°C beginnt ein orangefarbener Niederschlag

auszufallen. Nachdem die Lösung auf Raumtemperatur gekommen ist, lässt man das

Gasgemisch in dem Reaktionskolben über eine Kanüle auf feuchtes pH-Indikatorpapier

treffen, die rote Farbe zeigt die Anwesenheit von Säure an. Bei Einleiten des Ar-

Gasstroms in wässrige AgNO3-Lösung fällt ein weisser Niederschlag aus.

Das Lösungsmittel wird nach einer Stunde bei RT im Vakuum entfernt, der orange-

farbene Rückstand ist unlöslich in 1 ml CD2Cl2 (abs.), löst sich aber nach weiterer

Zugabe von 0.1 ml THF-d8 vollständig auf.

THF

THF

8 7 6 5 4 3 2 1 PPM 1H-NMR (CD2Cl2 + 10% THF-d8, 300 MHz, 300 K): δ = 0.687-1.733 (m, CH3, CH2),

3.346 (s, br, CH3-O), 4.877 (s, br, CH3-O), 5.602-6.251 (m, Ar-H), 6.341-7.573 (m, Ar-

H) ppm.

188


160 140 120 100 80 60 40 20 PPM

THF

THF

13C-NMR (CD2Cl2 + 10% THF-d8, 75 MHz, 300 K): δ = 9.90 (CH3), 19.99 (CH3),

29.50 (CH2), 75.38 (C-H), 94.93, 116.11 (C-H, aromat.), 129.58 (C-H, aromat.), 137.29,

153.81 (Cquart.), 157.92 (Cquart.), 158.78 (Cquart.) ppm.

6.15 Katalysetests mit Titankomplexen der Polyarylisocyanate

6.15.1 Katalyse der Addition von Diethylzink an Benzaldehyd 66

OH

67

# 1 Exp.-Nr.: DS 407

Reaktion mit poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) und Ti(OiPr)4

Lit.: Katalyse[124, 180], Produktanalytik[126]

In einem 25 ml Birnen-Schlenkkolben werden 0.0224 g (0.100 mmol, 0.2 äq OH-

Gruppen) poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) unter Ar vorgelegt und in 3 ml THF (abs.)

gelöst. Man gibt 0.010 ml (0.350 mmol, 7 äq) Ti(OiPr)4 hinzu, woraufhin sich sofort ein

gelber, gallertartiger Niederschlag bildet. Nach 10 Min. wird auf 0°C gekühlt und mit

0.75 ml (0.750 mmol, 15 äq) Et2Zn-Lösung (1 M in Hexan, Aldrich) versetzt; nach

weiteren 10 Min. gibt man mit 0.027 g (0.250 mmol, 5 äq) Benzaldehyd 66 (frisch

189


dest.) hinzu. Nach 16 h bei 0°C werden von einer Probe durch chirale GC-Analyse

Umsatz und ee bestimmt. Dazu wird eine kleine Menge entnommen und zwischen PE

und 1 N HCl aufgeteilt. Die organische Phase wird mittels eines Spritzenfilters

gereinigt. Man lässt die Mischung auftauen und entnimmt Proben nach 20 h, 40 h, 64 h

und 168 h. Nach 168 h beträgt der Umsatz 53.5% bei einem ee von 0.78% des (R)-

Produktes.

# 2 Exp.-Nr.: DS 408

Reaktion mit poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) ohne Ti(OiPr)4

In einem analogen Experiment (zu # 1) ohne Zugabe von Ti(OiPr)4 werden ansonsten

die gleichen Mengen eingesetzt. Bei identischer Durchführung erhält man nach 168 h

einen Umsatz von 47.7% und einen ee von 2.3%.

# 3 Exp.-Nr.: DS 415

Blindreaktion mit Ti(OiPr)4ohne Liganden

In einem analogen Experiment (zu # 1) werden ohne Zugabe eines phenolischen

Liganden 0.010 ml (0.350 mmol, 7 äq) Ti(OiPr)4, und 0.75 ml (0.750 mmol, 15 äq)

Et2Zn-Lösung (1 M in Hexan, Aldrich) umgesetzt. Bei identischer Durchführung erhält

man nach 168 h einen Umsatz von 38%.

# 4 Exp.-Nr.: DS 402

Reaktion mit (S)-BINOL und Ti(OiPr)4

In einem analogen Experiment (zu # 1) werden 0.0143 g (0.050 mmol, 0.2 äq) (S)-

BINOL, 0.010 ml (0.350 mmol, 7 äq) Ti(OiPr)4, und 0.75 ml (0.750 mmol, 15 äq)

Et2Zn-Lösung (1 M in Hexan, Aldrich) umgesetzt. Nach 40 h (16 h bei 0°C, 24 h bei

RT) beträgt der Umsatz 87% bei einem ee von 85.3%.

# 5 Exp.-Nr.: DS 403

Reaktion mit (S)-BINOL ohne Ti(OiPr)4

In einem analogen Experiment (zu # 1) werden 0.0143 g (0.050 mmol, 0.2 äq) (S)-

BINOL, 0.75 ml und (0.750 mmol, 15 äq) Et2Zn-Lösung (1 M in Hexan, Aldrich)

190


umgesetzt. Nach 40 h (16 h bei 0°C, 24 h bei RT) beträgt der Umsatz 3.1% bei einem ee

von 31%.

6.15.2 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Methacrolein 64

CHO

84 Exp.-Nr.: DS 353

Lit.:[144, 147]

Zu einer Lösung von 0.0160 g (0.066 mmol OMOM-Gruppen, 1 äq) poly-

(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) bei -20°C gibt man

0.33 ml (0.033 mmol, 0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF. Nach wenigen

Sekunden färbt sich die Lösung orange. Man lässt nach 30 Min. auf RT kommen,

woraufhin ein orangefarbener Niederschlag ausfällt. Nach einer Stunde entfernt man das

Lösungsmittel im Vakuum, wäscht den Niederschlag mit 3 ml CH2Cl2 (abs.) und

suspendiert in 3 ml CH2Cl2. Durch Zugabe von 1 ml THF (abs.) löst sich der Nieder-

schlag innerhalb einiger Minuten vollständig auf.

Nach Kühlung auf –30°C werden 0.070 g (1.00 mmol, 30 äq bezüglich der Ti-Atome)

Methacrolein 64 (frisch dest. über CaCl2) und 0.066 g (1.00 mmol, 30 äq) Cyclo-

pentadien 83 zugesetzt und 16 h bei dieser Temperatur gerührt. Nachdem die DC-

Kontrolle keinen Umsatz anzeigt, wird weiter für 3 d bei RT gerührt. Man filtriert den

Reaktionsansatz über Kieselgel, entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer

und erhält 0.0061 g (4.5%) eines farblosen Feststoffes. Die NMR-Analyse zeigt nur

einen Anteil des Produktes neben Edukten und Nebenprodukten.

191


6.15.3 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 und Methacrolein 64

CHO

O

O

65

Exp.-Nr.: DS 352

Lit.:[122]

Zu einer Lösung von 0.0160 g (0.066 mmol OMOM-Gruppen, 1äq) poly-(3MOMOPIC-

co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) bei -20°C gibt man 0.33 ml (0.033

mmol, 0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF. Nach wenigen Sekunden

färbt sich die Lösung orange. Man lässt nach 30 Min. auf RT kommen, woraufhin ein

orangefarbener Niederschlag ausfällt. Nach einer Stunde entfernt man das Lösungs-

mittel im Vakuum, wäscht den Niederschlag mit 3 ml CH2Cl2 (abs.) und suspendiert in

3 ml CH2Cl2. Durch Zugabe von 1 ml THF (abs.) löst sich der Niederschlag innerhalb

einiger Minuten vollständig auf.

Nach Kühlung auf –30°C werden 0.0463 g (0.66 mmol, 20 äq bezüglich der Titan-

Atome) Methacrolein 64 (frisch dest. über CaH2) und 0.0592 g (68% E-Anteil ent-

spricht 0.528 mmol, 10 äq) E-1-Acetoxy-1,3-butadien 63 bei Raumtemperatur. Nach

16 h zeigt die DC-Kontrolle keinen Umsatz, daher wird die Lösung auf Raum-

temperatur erwärmt. Nach 3 d ist im DC ebenfalls kein Umsatz feststellbar; die

Reaktionsmischung wird über Kieselgel filtriert und im Vakuum vom Lösungsmittel

befreit. Das erhaltene Rohprodukt (0.023 g, 24%) enthält laut NMR-Analyse nur einen

Anteil des gewünschten Produktes.

6.15.4 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und Dimethylfumarat 113

COOMe

COOMe

114

192


# 1 Exp.-Nr.: DS 357

Reaktion bei RT mit poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) und TiCl4

Lit.:[184], katalytisch aktive Phenole als TiCl2-Komplexe[185]

Zu einer Lösung von 0.0160 g (0.066 mmol OMOM-Gruppen, 1äq) poly-(3MOMOPIC-

co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) bei -20°C gibt man 0.33 ml (0.033

mmol, 0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF. Nach wenigen Sekunden

färbt sich die Lösung orange. Man lässt nach 30 Min. auf RT kommen, woraufhin ein

orangefarbener Niederschlag ausfällt. Nach einer Stunde entfernt man das Lösungs-

mittel im Vakuum, wäscht den Niederschlag mit 3 ml CH2Cl2 (abs.) und suspendiert in

3 ml CH2Cl2. Durch Zugabe von 0.3 ml THF (abs.) löst sich der Niederschlag innerhalb

von 15 Min. vollständig auf.

Die Lösung wird auf –25°C gekühlt und mit 0.0476 g (0.33 mmol, 10 äq) Dimethyl-

fumarat 113 (gel. in 0.5 ml CH2Cl2) und 0.040 g (0.606 mmol, 2 äq) Cyclopentadien 83

versetzt. Nach 3 h bei dieser Temperatur wird durch DC-Kontrolle die teilweise

Umsetzung des Eduktes festgestellt und man lässt auf Raumtemperatur kommen. Nach

weiteren 16 h gibt man 5 ml 1 N HCl dazu, extrahiert mit 3 mal 10 ml CH2Cl2, filtriert

die trübe Lösung über Kieselgel und trocknet über MgSO4. Das Produkt wird zu 0.057 g

(81%) gewonnen und enspricht laut NMR-Analyse dem gewünschten Bicyclus.[184] Da

der spezifische Drehwert null ist, wird auf die Bestimmung des ee mittels NMR-Shift-

Experimenten mit Eu(hfc)3 verzichtet.[184]

Drehwert: = 0 (c = 1 in CHCl25][ Dα 3).

Lit.:[112]

= +136.6 (c = 0.48 in CHCl25][ Dα 3) (für 99% ee).

# 2 Exp.-Nr.: DS 358,

Blindreaktion bei RT ohne Katalysator

Die analoge Umsetzung (siehe # 1) von 0.0476 g (0.33 mmol) Dimethylfumarat 113

und 0.040 g (0.606 mmol) Cyclopentadien 83 unter den gleichen Bedingungen (siehe

# 1) ohne Zugabe eines Liganden oder Komplexes führt zu einer Produktausbeute von

0.068 g (96%).

193


# 3 Exp.-Nr.: DS 362

Reaktion bis –20°C mit poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) und TiCl4

Die Katalysator-Lösung wird hergestellt entsprechend der Beschreibung in Vorschrift

# 1. Nach Abkühlen auf –78°C werden 0.0476 g (0.33 mmol, 10 äq) Dimethylfumarat

113 (gel. in 0.5 ml CH2Cl2) zugefügt, woraufhin sich die Lösung trübt. 15 Min. später

gibt man 0.040 g (0.606 mmol, 2 äq) Cyclopentadien 83 hinzu und rührt für 16 h bei

-78°C. Nach Erhöhung der Temperatur auf –45°C löst sich die Trübung und man rührt

für 2 h bei dieser Temperatur. Nach Abschalten der Kühlung wird bei –20°C 5 ml

1 N HCl zugesetzt und mit 2 mal 10 ml CH2Cl2 extrahiert. Die organischen Phasen

werden vereint, mit ges. NaCl-Lösung gewaschen, über MgSO4 getrocknet und am

Rotationsverdampfer vom Lösungsmittel befreit. Das Produkt wird zu 24 mg (34%)

gewonnen.

Drehwert: = 0 (c = 1 in CHCl25][ Dα 3).

Lit.:[112]

= +136.6 (c = 0.48 in CHCl25][ Dα 3) (für 99% ee).

# 4 Exp.-Nr.: DS 363

Blindreaktion bis –20°C ohne Katalysator

Die analoge Umsetzung (siehe # 3) von 0.0476 g (0.33 mmol) Dimethylfumarat 113

und 0.040 g (0.606 mmol) Cyclopentadien 83 unter den angegebenen Bedingungen

(siehe # 3) ohne Zugabe eines Liganden oder Komplexes führt zu keinem Umsatz an

Produkt.

6.15.5 Katalyse der Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115

OO

N

O 116 (endo)

194


# 1 Exp.-Nr.: DS 366

Komplex hergestellt aus poly-(3MOMOPIC-co-(R)-3BOPIC) und TiCl4·2THF

Zu einer Lösung von 0.0160 g (0.066 mmol MOM-Gruppen, 1äq) poly-(3MOMOPIC-

co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) bei -20°C gibt man 0.33 ml

(0.033 mmol, 0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF. Nach wenigen

Sekunden färbt sich die Lösung orangefarben. Man lässt nach 30 Min. auf RT kommen,

woraufhin ein orangefarbener Niederschlag ausfällt. Nach einer Stunde entfernt man das

Lösungsmittel im Vakuum, wäscht den Niederschlag mit 3 ml CH2Cl2 (abs.) und

suspendiert in 3 ml CH2Cl2. Durch Zugabe von 0.3 ml THF (abs.) löst sich der

Niederschlag innerhalb weniger Minuten vollständig auf.

Die Lösung wird auf –50°C gekühlt und mit 0.0512 g (0.33 mmol, 10 äq) N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115 (gel. in 0.5 ml CH2Cl2) und 0.066 g (1.00 mmol, 3 äq) Cyclo-

pentadien 83 versetzt. Nach 16 h bei dieser Temperatur wird durch DC-Kontrolle kein

Umsatz festgestellt, daher wird die Mischung bei 0°C weiter gerührt. Nach insgesamt

24 h findet man bei der DC-Kontrolle keinen Umsatz und lässt daher auf Raum-

temperatur kommen. Weitere 16 h später ist auf dem DC ein teilweiser Umsatz des

Eduktes erkennbar, die Reaktion wird durch Filtration über Kieselgel abgebrochen. Man

erhält 0.055 g eines gelben Öls, die NMR-Analyse zeigt das Vorliegen des Eduktes

neben dem endo- und exo-Produkt. Das endo/exo-Verhältnis der Rohproduktes wird

durch Integration der 1H-NMR-Spektren ermittelt.[186] Nach Säulenchromatographie

erhält man das endo-Produkt als farbloses Öl, welches teilweise kristallisiert. Die

Ergebnisse dieser und der nachfolgenden Reaktionen sind in Tabelle 6.4 zusammen-

gefasst.

# 2 Exp.-Nr.: DS 367

Blindreaktionen ohne Komplex

In einer analog zu # 1 durchgeführten Reaktion ohne Zugabe eines Liganden oder

Komplexes ergibt sich aus 0.0512 g (0.33 mmol) N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 (gel.

in 0.5 ml CH2Cl2) und 0.066 g (1.00 mmol) Cyclopentadien 83 nach 7 d bei RT laut

DC-Kontrolle kein Umsatz. Bei der NMR-Analyse kann ebenfalls kein Produkt

gefunden werden.

195


# 3 Exp.-Nr.: DS 387)

Reaktion mit Unterschuss an TiCl4·2THF

Zu einer Lösung von 0.0320 g (0.132 mmol MOM-Gruppen, 1äq) poly-(3MOMOPIC-

co-(R)-3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH2Cl2 (abs.) bei 0°C gibt man 0.33 ml (0.033 mmol,

0.5 äq) einer 0.1 molaren Lösung von TiCl4·2THF. Nach wenigen Sekunden färbt sich

die Lösung orange. Man lässt nach 10 Min. auf RT kommen, es bildet sich kein

Niederschlag. Nach einer Stunde entfernt man das Lösungsmittel im Vakuum und

nimmt den Rückstand in 3 ml CH2Cl2 auf. Zu der gelb-orangen Lösung gibt man unter

Kühlung auf 0°C 0.0512 g (0.33 mmol, 20 äq) N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 (gel. in

0.5 ml CH2Cl2) und 0.109 g (1.65 mmol, 50 äq) Cyclopentadien 83 und lässt auf

Raumtemperatur erwärmen. Nach 4 d wird die Reaktion abgebrochen durch Filtration

über Kieselgel.

# 4 Exp.-Nr.: DS 388

Reaktion mit Unterschuss an TiCl4·2THF, keine Vakuumtrocknung des Komple-

xes

In einer Reaktion analog zu # 3 wird der Komplex hergestellt, aber sofort in Lösung

weiter eingesetzt, ohne das Lösungsmittel zwischenzeitlich zu entfernen. Die weitere

Durchführung entspricht der in # 3 beschriebenen Vorgehensweise.

# 5 Exp.-Nr.: DS 396

Komplex hergestellt aus poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) und TiCl2(OiPr)2

Zu einer Lösung von 0.048 g (0.241 mmol OH-Gruppen, 1äq) poly-(3HOPIC-co-(R)-

3BOPIC) unter Ar in 2 ml CH2Cl2/THF 1/1 gibt man bei Raumtemperatur 1.17 ml

(0.121 mmol, 0.5 äq) einer 0.103 molaren Lösung von TiCl2(OiPr)2 in CH2Cl2. Die

Lösung wird sofort orange. Nach einer Stunde kühlt man auf –20°C und fügt 0.0939 g

(0.605 mmol, 5 äq) N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 (gel. in 0.5 ml CH2Cl2) und

0.200 g (3.025 mmol, 25 äq) Cyclopentadien 83 hinzu. Nach 2.5 h bei –20°C und 16 h

bei –5°C findet kein Umsatz statt, erst nach weiteren 8 h bei +5°C lässt sich eine

Umsetzung zum Produkt feststellen. Nach 24 h bei +5°C bricht man die Reaktion durch

Zugabe von 10 ml 1 N HCl-Lsg. ab, filtriert über Celite und extrahiert mit 2 mal 10 ml

CH2Cl2. Die vereinten organischen Phasen werden mit ges. NaCl-Lösung gewaschen,

196


getrocknet über MgSO4 und am Rotationsverdampfer im Vakuum vom Lösungsmittel

befreit.

# 6 Exp.-Nr.: DS 397

Komplex hergestellt aus (S)-BINOL und TiCl2(OiPr)2

Die Reaktion wird analog Versuch # 5 durchgeführt, statt des polymeren Liganden poly-

(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) wird 0.0346 g (0.241 mmol OH-Gruppen, 1äq) (S)-BINOL

eingesetzt. Das endo/exo-Verhältnis ist 85/15, das endo-Produkt wird in 22% Ausbeute

gewonnen.

# 7 Exp.-Nr.: DS 411

Komplex hergestellt aus poly-(3HOPIC-co-(R)-3BOPIC) und TiCl2(OiPr)2,

Reaktion in CH3CN

Zu einer Lösung von 0.0297 g (0.149 mmol OH-Gruppen, 1äq) poly-(3HOPIC-co-(R)-

3BOPIC) unter Ar in 3 ml CH3CN (abs.) gibt man bei Raumtemperatur 0.580 ml

(0.0598 mmol, 0.4 äq) einer 0.103 molaren Lösung von TiCl2(OiPr)2 in CH2Cl2. Die

Lösung wird sofort orange, nach einigen Minuten bildet sich wenig Niederschlag. Nach

einer Stunde wird auf –5°C gekühlt und 0.0463 g (0.298 mmol, 5 äq) N-Crotonyl-

oxazolidin-2-on 115 (gel. in 1 ml CH3CN) und 0.0983 g (1.49 mmol, 25 äq) Cyclo-

pentadien 83 hinzugefügt. Nach 16 h ist der Umsatz laut DC vollständig, die Reaktion

wird durch Zugabe von 5 ml 1N HCl-Lsg. abgebrochen. Man extrahiert mit 2 mal 10 ml

Et2O, wäscht die vereinten organischen Phasen mit ges. NaCl-Lösung, trocknet über

MgSO4 und entfernt das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer.

# 8 Exp.-Nr.: DS 412

Blindreaktionen in CH3CN ohne Katalysator

Die Reaktion von 0.018 g (0.298 mmol, 5 äq) N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115 (gel. in

1 ml CH3CN) und 0.0050 g (1.49 mmol, 25 äq) Cyclopentadien 83 ohne in 2 ml CH3CN

wird analog den Bedingungen von Ansatz # 7 ohne Zusatz eines Liganden oder

Übergangsmetallkomplexes durchgeführt. Nach 16 h lässt man auf RT kommen und

rührt das Gemisch weitere 7 d bei RT. Bei der DC-Kontrolle ist keinerlei Umsatz

erkennbar.

197


Tabelle 6.4: Ergebnisse der Diels-Alder-Reaktionen von Cyclopentadien 83 und N-Crotonyl-oxazolidin-2-on 115

# DS endo/

exo[a]

Ausbeute

endo [g]

Ausbeute

endo [%][b]

25][ Dα ee[c]

[%]

Konfig.[c]

1 366 83/17 0.023 32 +0.70 0.4 R

2 367 - 0 0 - - -

3 387 81/19 0.037 51 0.0 0.0 -

4 388 79/21 0.031 43 0.0 0.0 -

5 396 84/16 0.021 16 0.0 0.0 -

6 397 85/15 0.029 22 -5.38 3.2 S

7 411 85/15 0.054 82 +1.00 0.59 R

8 412 - 0 0 - - -

[a] Ermittelt durch Integration im 1H-NMR-Spektrum. [186] [b] Nach säulenchromatographischer

Reinigung über Kieselgel mit PE/EE 5/1. [c] Bestimmt durch Messung des spezifischen Drehwertes in

CHCl3, Korrelation mit Probe eines bekannten ee und spezifischen Drehwertes [ = +158.59 (für

94% ee des endo-Produktes, c = 0.48 in CHCl

25]Dα

3).[186]

198

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[114] Die SciFinder Recherche nach den CAS-Nummern der beiden Enantiomere ([18531-94-7] bzw. [18531-99-2]) ergab einen rapiden Anstieg der Nennungen in Publikationen von 1990 (ca. 20 pro Jahr) bis heute (über 100 pro Jahr).

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203


[163] Der Vorteil struktureller Ähnlichkeit bei der Copolymerisation von Isocyanaten wurde ebenfalls in mündlichen Mitteilungen von M. M. Green und R. Zentel bestätigt.

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die N-Methylierung des Kettenendes, analoge O-Methylierung würden ein Sig-nal bei 3.6 ppm erwarten lassen

[167] Da der spezifische Drehwert null war, wurde auf eine weitere Analyse des Enantiomerenüberschuss durch chirale Chromatographie oder NMR-Shift-Expe-rimente verzichtet.

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Monomeren wurde die CD „Open your eyes“ der Gruppe „Guano Apes“ gespielt.

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204

8 Anhang

8 Anhang

8.1 Liste der Isocyanat-Bausteine

n-Hexylisocyanat

HexIC 37

N C O

(R)-3,7-Dimethylheptylisocyanat

(R)-DMHIC 15

N C O

2-(3-Trimethylsilyloxy-phenyl)-ethylisocyanat

3TMSOPEIC 81 OTMS

N C O

„2-(3-Hydroxy-phenyl)-ethylisocyanat“-Baustein

3HOPEIC 77

O

N

OH

Phenylisocyanat

PhIC 39

C ON

Benzylisocyanat

PhIC 76

N C O

205

8 Anhang

3-Methoxy-phenylisocyanat

3MeOPIC 40

N

OMe

C O

3-Trimethylsilyloxy-phenylisocyanat

3TMSOPIC 90

N

OTMS

C O

„3-Hydroxy-phenylisocyanat“-Baustein

3HOPIC 86

N

OH

O

3-Benzyloxy-phenylisocyanat

3BnOPIC 93

N

O

C O

3-(Methoxymethoxy)-phenylisocyanat

3MOMOPIC 100

N

O

C O

O

3-[N-(S)-(1-Phenyl-ethyl)amido]-phenyl-

isocyanat

(S)-3PEAPIC 48

HN

O

N C O

3-[(R)-1-sec-Butoxy]-phenylisocyanat

(R)-3BOPIC 49

N

O

C O

206

16.10.2003

Sebastian Dörr

Kurfürstenstraße 41

55118 Mainz

Eidesstattliche Erklärung

Ich erkläre hiermit an Eides Statt, dass ich meine Dissertation selbstständig und

nur mit den angegebenen Hilfsmitteln angefertigt habe.

(Sebastian Dörr)

16.10.2003

Sebastian Dörr

Kurfürstenstraße 41

55118 Mainz

Erklärung

Ich erkläre hiermit, noch keinen Promotionsversuch unternommen zu haben.

(Sebastian Dörr)

Lebenslauf Sebastian Dörr Kurfürstenstraße 41 55118 Mainz [email protected]

Geburtsdatum: 24. Oktober 1974 Geburtsort: Karlsruhe Staatsangehörigkeit: Deutsch Familienstand: Ledig, keine Kinder Schulausbildung

08/81-07/85 Städtische Gemeinschafts-Grundschule Schildgen in Bergisch Gladbach 09/85-06/94 Integrierte Gesamtschule Paffrath in Bergisch Gladbach 10.06.94 Allgemeine Hochschulreife Note: Sehr gut (1,5) Studium

10/94-09/99 Studium der Chemie an der Universität Karlsruhe (TH)

03/99-09/99 Diplomarbeit bei Prof. Dr. G. Wenz am Institut für

Makromolekulare Chemie der Universität Karls-ruhe (TH)

Thema: Regioselektiver Schutz und Alkylierung von β-Cyclodextrin

30.09.99 Abschluss: Diplom-Chemiker

Note: Sehr gut (1,3) Dissertation

seit 01/00 Promotionsarbeit bei Prof. Dr. M. Reggelin am Institut für Organische Chemie der Universität Mainz

Thema: Studien zu helicalen Polyisocyanaten als phenolische Liganden in der asymmetrischen Übergangsmetallkatalyse

seit 11/00 Fortsetzung der Promotionsarbeit bei Prof. Dr. M.

Reggelin am Institut für Organische Chemie der Technischen Universität Darmstadt

06/00-05/02 Förderung der Promotionsarbeit durch den Fonds

der Chemischen Industrie (Kekulé-Stipendium) Mainz, 16.10.2003

Studien zu helicalen Polyisocyanaten als phenolische Liganden in...

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